KR102283435B1 - Amorphous material and the use thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 적용례, 구체적으로 광전 변환 소자를 위한 전하 수송 물질 및/또는 흡수제 물질로서 이로운 특성을 갖는 신규한 무정형 물질, 즉, 하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질에 관한 것이다:
화학식 I
(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b
상기 식에서,
R1은 C1-C4-알킬이고;
R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4-알킬이고;
Me는 2가 금속이고;
X1 및 X2는 상이한 의미를 갖고, 서로 독립적으로 F, Cl, Br, I 및 슈도할라이드로부터 선택되고;
a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 7이고, a 및 b의 합은 7이다.
The present invention relates to novel amorphous materials having advantageous properties as charge transport materials and/or absorber materials for various applications, in particular photoelectric conversion devices, i.e. an amorphous material of the composition of the formula (I):
Formula I
(R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b
In the above formula,
R 1 is C 1 -C 4 -alkyl;
R 2 are independently of each other hydrogen or C 1 -C 4 -alkyl;
Me is a divalent metal;
X 1 and X 2 have different meanings and are each independently selected from F, Cl, Br, I and pseudohalides;
a and b are each independently 0 to 7, and the sum of a and b is 7.

Figure R1020167008415
Figure R1020167008415

Description

무정형 물질 및 이의 용도{AMORPHOUS MATERIAL AND THE USE THEREOF}Amorphous substances and uses thereof

본 발명은 다양한 적용례, 구체적으로 광전 변환 소자를 위한 전하 수송 물질 및/또는 흡수제 물질로서 이로운 특성을 갖는 신규한 무정형 물질에 관한 것이다.The present invention relates to novel amorphous materials with advantageous properties as charge transport materials and/or absorber materials for various applications, in particular photoelectric conversion devices.

염료-감작된 광전 변환 소자(염료-감작된 태양 전지, DSC)가 최근 수년간 큰 관심을 끌었다. 이들은 규소-계 태양 전지에 비교하여 여러 가지 이점, 예컨대 보다 적은 생산 및 재료 비용(티타늄 이산화물과 같은 값싼 금속 산화물 반도체가 고 순도를 위한 정제 없이 사용될 수 있기 때문)을 갖는다. 다른 이점은 이들의 가요성, 투명성 및 가벼운 중량을 포함한다. 광전 변환 소자의 전체 성능은 개회로 전압(Voc), 단락 전류(Isc), 충전율(FF) 및 이로부터 야기된 에너지 변환 효율(η)과 같은 여러 가지 변수에 의해 특징지어진다. 염료-감작된 태양 전지는 현재 가장 효율적인 대체 태양 전지 기술 중 하나이다. 고체 염료-감작된 광전 변환 소자의 성능, 구체적으로 이의 에너지 변환 효율(η)을 더욱 개선하기 위한 요구가 계속 존재한다.Dye-sensitized photoelectric conversion devices (dye-sensitized solar cells, DSCs) have attracted great interest in recent years. They have several advantages compared to silicon-based solar cells, such as lower production and material costs (since cheap metal oxide semiconductors such as titanium dioxide can be used without purification for high purity). Other advantages include their flexibility, transparency and light weight. The overall performance of a photoelectric conversion element is characterized by several variables such as open circuit voltage (V oc ), short-circuit current (I sc ), charge factor (FF) and the resulting energy conversion efficiency (η). Dye-sensitized solar cells are currently one of the most efficient alternative solar cell technologies. There continues to be a need to further improve the performance of solid dye-sensitized photoelectric conversion devices, specifically their energy conversion efficiency (η).

DSC의 구성은 일반적으로 투명한 전도성 층, 작업 전극으로 코팅된 투명한 기판(예컨대, 유리)을 기초로 한다. n-전도성 금속 산화물, 예를 들어 약 2 내지 20 μm 두께의 나노다공성 티타늄 이산화물 층(TiO2)이 일반적으로 이러한 전극 또는 이의 부근에 적용된다. 다시, 이의 표면 상에, 단층의 감광 염료, 예를 들어 루테늄 착물 또는 유기 염료가 전형적으로 흡착되고, 이는 흡광에 의해 여기된 상태로 변환될 수 있다. 상대 전극은 선택적으로 수 μm의 두께를 갖는 금속(예를 들어, 플래티넘)의 촉매 층을 가질 수 있다. DSC의 기능은 빛이 염료에 의해 흡수되고 전자가 여기된 염료로부터 n-반도전성 금속 산화물 반도체로 전달되고 이 위에서 애노드로 이동하는 사실에 기초한다. 액체 DSC에서, 2개의 전극 사이의 구역은 산화환원 전해질, 예를 들어 요오드(I2) 및 리튬 요오다이드(LiI)의 용액으로 충전되고, 이는 광전류가 전지의 전면 및 후면 접촉부에서 수집될 수 있도록 한다.The construction of DSCs is generally based on a transparent conductive layer, a transparent substrate (eg glass) coated with a working electrode. An n-conducting metal oxide, for example a layer of nanoporous titanium dioxide (TiO 2 ) of about 2 to 20 μm thick, is generally applied at or in the vicinity of this electrode. Again, on its surface, a monolayer of a photosensitive dye, such as a ruthenium complex or an organic dye, is typically adsorbed, which can be converted to an excited state by absorption. The counter electrode may optionally have a catalyst layer of a metal (eg platinum) having a thickness of several μm. The function of DSC is based on the fact that light is absorbed by the dye and electrons are transferred from the excited dye to the n-semiconducting metal oxide semiconductor and travel over it to the anode. In liquid DSC, the region between the two electrodes is filled with a solution of a redox electrolyte, such as iodine (I 2 ) and lithium iodide (LiI), in which photocurrent can be collected at the front and back contacts of the cell. let it be

DSC의 액체 변형에서, 12% 초과의 효율이 보고되었다(예컨대, 문헌[Graetzel et al., Science 2011, 334, 629 - 634]). 그럼에도 불구하고, 액체 전해질을 포함하는 전지는 이러한 기술의 광범위한 사용을 방해하는 특수한 단점을 갖는다. 따라서, 많은 경우, 액체 DSC는 전극 부식 및 전해질 누출과 같은 심각한 문제를 야기하는 유기 액체 전해질의 사용에 기인하는 내구성 문제를 갖는다. 따라서, 액체 전해질 대신에 정공 전도에 사용될 수 있는 적합한 대체물이 조사되었다. 이에 따라, 다양한 물질이 고체 전해질/p-반도체로서의 적합성에 대해 연구되었다.In liquid transformation of DSC, efficiencies of greater than 12% have been reported (eg, Graetzel et al., Science 2011, 334, 629 - 634). Nevertheless, cells comprising liquid electrolytes have special drawbacks that prevent widespread use of this technology. Therefore, in many cases, liquid DSCs have durability problems due to the use of organic liquid electrolytes that cause serious problems such as electrode corrosion and electrolyte leakage. Therefore, suitable substitutes that can be used for hole conduction instead of liquid electrolytes have been investigated. Accordingly, various materials have been studied for their suitability as solid electrolytes/p-semiconductors.

고체 DSC의 생산에서의 신규한 개발은 집광성 화합물로서 유기금속성 페로브스카이트(Perovskite)의 사용이다(페로브스카이트 감작된 태양 전지, PSC). 문헌[H.-S. Kim et al., Scientific Reports, 2 : 59, DOI: 10.1038 / srep00591]은 9% 초과의 효율을 갖는 납 요오다이드 페로브스카이트-감작된 태양 전지를 기술한다. 이러한 전지에서, 메틸 암모늄 납 요오다이드의 페로브스카이트 나노입자는 투명한 n-형 반도체로서 메조다공성 TiO2 및 p-형 정공 반도체로서 스피로-MeOTAD와 함께 흡수제 물질로서 사용된다.A novel development in the production of solid DSCs is the use of organometallic perovskite as light-collecting compounds (perovskite sensitized solar cells, PSCs). Literature [H.-S. Kim et al., Scientific Reports, 2:59, DOI: 10.1038/srep00591 describe lead iodide perovskite-sensitized solar cells with efficiencies greater than 9%. In this cell, perovskite nanoparticles of methyl ammonium lead iodide are used as absorber material together with mesoporous TiO 2 as a transparent n-type semiconductor and spiro-MeOTAD as a p-type hole semiconductor.

문헌[M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaki, T. N. Murakami and H. J. Snaith, Sciencexpress, 4 October 2012, 10.1126 / science.1228604]은 결정질 페로브스카이트 흡수제 물질로서 메틸암모늄 납 요오다이드 클로라이드(CH3NH3PbI2Cl)에 기초한 하이브리드 태양 전지를 기술한다. 이러한 전지에서, 메조다공성 알루미나가 티타늄 이산화물 대신에 사용된다. 이러한 전지에서, Al2O3은 n-형 산화물이 아니라, 소자가 상부에 구성되는 메조-스케일 "스캐폴드(scaffold)"로서 작용한다. 따라서, 저자들은 소자를 "감작된" 태양 전지로 더 이상 나타내지 않고, 2-성분 하이브리드 태양 전지 또는 "메조-상부 구조 태양 전지"로 나타낸다.MM Lee, J. Teuscher, T. Miyasaki, TN Murakami and HJ Snaith, Sciencexpress, 4 October 2012, 10.1126 / science. 1228604, methylammonium lead iodide chloride (CH 3 ) as a crystalline perovskite absorbent material A hybrid solar cell based on NH 3 PbI 2 Cl) is described. In these cells, mesoporous alumina is used instead of titanium dioxide. In these cells, Al 2 O 3 acts not as an n-type oxide, but as a meso-scale “scaffold” on which the device is built. Thus, the authors no longer refer to devices as "sensitized" solar cells, but as two-component hybrid solar cells or "meso-superstructured solar cells".

본 발명의 목적은 다양한 분야에서 전하를 수송하기 위해 및/또는 흡수제 물질로서 유리하게 사용될 수 있는 신규한 화합물을 제공하는 것이다. 구체적으로, 신규한 상기 화합물은 광전 변환 소자의 제조에 적합하여야 한다. 또한, 상기 물질은, 예컨대 필름 빌딩 공정에 의해 가공하기 용이하여야 한다.It is an object of the present invention to provide novel compounds which can be advantageously used for transporting charges and/or as absorbent materials in various fields. Specifically, the novel compound should be suitable for the manufacture of photoelectric conversion devices. In addition, the material must be easy to process, for example by a film building process.

놀랍게도, 이러한 목적은 본 발명의 신규한 무정형 물질에 의해 달성됨이 밝혀졌다.Surprisingly, it has been found that this object is achieved by the novel amorphous material of the present invention.

본 발명의 제1 양상에 따라서, 하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질이 제공된다:According to a first aspect of the present invention, there is provided an amorphous material of the composition of formula (I):

[화학식 I][Formula I]

(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b (R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b

상기 식에서,In the above formula,

R1은 C1-C4-알킬이고;R 1 is C 1 -C 4 -alkyl;

R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4-알킬이고;R 2 are independently of each other hydrogen or C 1 -C 4 -alkyl;

Me는 2가 금속이고;Me is a divalent metal;

X1 및 X2는 상이한 의미를 갖고, 서로 독립적으로 F, Cl, Br, I 및 슈도할라이드로부터 선택되고;X 1 and X 2 have different meanings and are each independently selected from F, Cl, Br, I and pseudohalides;

a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 7이고, a 및 b의 합은 7이다.a and b are each independently 0 to 7, and the sum of a and b is 7.

바람직한 양태는 (CH3NH3)5PbI3 . 5Cl3 .5 또는 (CH3NH3)5SnI3 . 5Cl3 .5의 조성의 무정형 물질이다.A preferred embodiment is (CH 3 NH 3 ) 5 PbI 3 . 5 Cl 3 .5 or (CH 3 NH 3 ) 5 SnI 3 . 5 is an amorphous material of a composition of Cl 3 .5.

본 발명의 추가 목적은 상기 및 하기 정의된 무정형 물질 및 하나 이상의 상이한 성분을 포함하는 조성물에 관한 것이다.A further object of the present invention relates to a composition comprising an amorphous material as defined above and below and at least one different component.

본 발명의 추가 목적은 하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 및 하기 화학식 3의 화합물을 고온에서 용융물 중에서 또는 용매의 존재 하에 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질의 제조 방법에 관한 것이다:A further object of the present invention is the preparation of an amorphous material of the composition of the formula (I), comprising the step of reacting a compound of the formula (1), a compound of the formula How to:

[화학식 1][Formula 1]

(R1NR2 3)X1 (R 1 NR 2 3 )X 1

[화학식 2][Formula 2]

(R1NR2 3)X2 (R 1 NR 2 3 )X 2

[화학식 3][Formula 3]

MeX2 2 MeX 2 2

화학식 IFormula I

(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b (R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b

상기 식에서,In the above formula,

R1은 C1-C4-알킬이고;R 1 is C 1 -C 4 -alkyl;

R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4-알킬이고;R 2 are independently of each other hydrogen or C 1 -C 4 -alkyl;

Me는 2가 금속이고;Me is a divalent metal;

X1 및 X2는 상이한 의미를 갖고, 서로 독립적으로 F, Cl, Br, I 및 슈도할라이드로부터 선택되고;X 1 and X 2 have different meanings and are each independently selected from F, Cl, Br, I and pseudohalides;

a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 7이고, a 및 b의 합은 7이다.a and b are each independently 0 to 7, and the sum of a and b is 7.

본 발명의 추가 목적은 상기 및 하기 정의된 무정형 물질을 포함하는 광전 변환 소자, 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물에 관한 것이다.A further object of the present invention relates to a photoelectric conversion device comprising an amorphous material as defined above and below, or a composition comprising such material.

특별한 양태는 작업 전극(애노드)의 일부이거나 작업 전극(애노드)을 형성하는 전기 전도성 층; 흡수제 물질을 포함하고 선택적으로 반도전성 금속 산화물(전자 전달 물질로서 작용할 수 있음) 또는 절연 물질(스캐폴드로서 작용할 수 있음)을 포함하는 감광성 층; 전하 전달 층; 및 상대 전극(캐소드)의 일부이거나 상대 전극(캐소드)을 형성하는 전기 전도성 층을 포함하되, 상기 감광성 층 및/또는 상기 전하 전달 층이 하나 이상의 상기 및 하기 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 광전 변환 소자이다.A particular aspect includes an electrically conductive layer that is part of or forms the working electrode (anode); a photosensitive layer comprising an absorber material and optionally comprising a semiconducting metal oxide (which may act as an electron transport material) or an insulating material (which may act as a scaffold); charge transfer layer; and an electrically conductive layer that is part of or forms a counter electrode (cathode), wherein the photosensitive layer and/or the charge transport layer comprises one or more of the above and the following amorphous materials or such materials It is a photoelectric conversion element containing.

본 발명의 추가 목적은 본 발명의 광전 변환 소자를 포함하는 태양 전지에 관한 것이다.A further object of the invention relates to a solar cell comprising the photoelectric conversion element of the invention.

본 발명의 추가 목적은 하나 이상의 게이트 구조, 소스 전극 및 드레인 전극을 갖는 기판, 및 본원에 정의된 하나 이상의 무정형 물질, 또는 이러한 물질을 포함하는 본원에 정의된 조성물을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET)에 관한 것이다.A further object of the present invention is a field effect transistor (FET) comprising a substrate having at least one gate structure, a source electrode and a drain electrode, and at least one amorphous material as defined herein, or a composition as defined herein comprising such material. is about

본 발명의 추가 목적은 다수의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하는 기판에 관한 것이고, 이때 상기 전계 효과 트랜지스터 중 적어도 일부는 본원에 정의된 하나 이상의 무정형 물질, 또는 이러한 물질을 포함하는 본원에 정의된 조성물을 포함한다.A further object of the present invention relates to a substrate comprising a plurality of field effect transistors (FETs), wherein at least some of the field effect transistors are one or more amorphous materials as defined herein, or as defined herein comprising such materials. composition.

본 발명의 추가 목적은 상부 전극, 하부 전극(이때, 상기 전극 중 하나 이상은 투명함), 전자발광 층 및 선택적으로 보조 층을 포함하는 전자발광 장치에 관한 것이고, 이때, 상기 전자발광 장치는 본원에 정의된 하나 이상의 무정형 물질, 또는 이러한 물질을 포함하는 본원에 정의된 조성물을 포함한다. 구체적으로, 전자발광 장치는 발광 다이오드(LED)이다.A further object of the present invention relates to an electroluminescent device comprising an upper electrode, a lower electrode, wherein at least one of said electrodes is transparent, an electroluminescent layer and optionally an auxiliary layer, wherein said electroluminescent device comprises: one or more amorphous substances as defined in, or a composition as defined herein comprising such substances. Specifically, the electroluminescent device is a light emitting diode (LED).

본 발명의 추가 목적은 박막 트랜지스터(TFT)의 반도전성 층으로서 또는 이 안에서, 발광 다이오드(LED)의 반도전성 층으로서 또는 이 안에서, LED의 인광체 물질로서 또는 이 안에서, 또는 배터리, 충전 배터리(축전지) 등 내의 전하 수송 물질로서, 상기 및 하기 정의된 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물의 용도에 관한 것이다.A further object of the present invention is as or in a semiconducting layer of a thin film transistor (TFT), as or in a semiconducting layer of a light emitting diode (LED), as or in a phosphor material of an LED, or in a battery, a rechargeable battery (accumulator) ), etc., to the use of an amorphous material as defined above and below or a composition comprising such material.

도 1은 가열 전에 상온(20℃)에서의 추출물 혼합물의 XRD를 도시한다.
도 2는 용융물을 나타내는, 어떠한 반사도 보이지 않는 140℃에서의 반응 혼합물의 XRD를 도시한다.
도 3은 열적 거동을 확인하고 또한 어떠한 질량 손실도 나타내지 않는 DSC 측정을 도시한다.
1 shows the XRD of an extract mixture at room temperature (20° C.) before heating.
2 shows the XRD of the reaction mixture at 140° C. showing no reflection, indicative of the melt.
3 shows the DSC measurements confirming the thermal behavior and also showing no mass loss.

다른 표시법으로, 상기 무정형 물질은 5(R1NR2 3) : 1Me : aX1 : bX2로 기술될 수 있다.Alternatively, the amorphous material may be described as 5(R 1 NR 2 3 ): 1Me: aX 1 : bX 2 .

본 발명의 문맥에서, 표현 "무정형 물질"은 X-선 분말 회절(XRD)에서 날카로운 회절 피크를 생성하지 않는 물질(예컨대, 유리)을 나타낸다.In the context of the present invention, the expression "amorphous material" denotes a material (eg glass) that does not produce sharp diffraction peaks in X-ray powder diffraction (XRD).

표현 "할로겐"은 각각의 경우 불소, 브롬, 염소 또는 요오드, 특히 염소, 브롬 또는 요오드를 나타낸다.The expression "halogen" denotes in each case fluorine, bromine, chlorine or iodine, in particular chlorine, bromine or iodine.

적합한 슈도할라이드는, 예컨대 CN, SCN, OCN, N3 등이다.Suitable pseudohalides are, for example, CN, SCN, OCN, N 3 and the like.

적합한 C1-C4-알킬 기는 특히 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸 또는 tert-부틸이다.Suitable C 1 -C 4 -alkyl groups are in particular methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl or tert-butyl.

바람직하게는, R1은 메틸 또는 에틸이다. 구체적으로, R1은 메틸이다.Preferably, R 1 is methyl or ethyl. Specifically, R 1 is methyl.

바람직하게는, R2 기는 모두 수소이다.Preferably, both R 2 groups are hydrogen.

바람직하게는, Me는 Pb, Sn, Fe, Zn, Cd, Co, Cu, Ni, Mn 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, Me는 Pb, Sn 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 구체적으로, Me는 Pb이다.Preferably, Me is selected from Pb, Sn, Fe, Zn, Cd, Co, Cu, Ni, Mn and mixtures thereof. More preferably, Me is selected from Pb, Sn and mixtures thereof. Specifically, Me is Pb.

본 발명에 따른 무정형 물질의 바람직한 양태에서, X1은 I이고, X2는 Cl이다.In a preferred embodiment of the amorphous material according to the invention, X 1 is I and X 2 is Cl.

바람직하게는, a 및 b는 둘다 0.1 내지 6.9, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 6.5, 구체적으로 1 내지 6이다. 본 발명에 따른 무정형 물질의 바람직한 양태에서, a 및 b는 둘 다 3.5이다.Preferably, a and b are both 0.1 to 6.9, more preferably 0.5 to 6.5, specifically 1 to 6. In a preferred embodiment of the amorphous material according to the invention, a and b are both 3.5.

특별한 양태는 (CH3NH3)5PbI3 . 5Cl3 .5 또는 (CH3NH3)5SnI3 . 5Cl3 .5의 조성의 무정형 물질이다.A particular embodiment is (CH 3 NH 3 ) 5 PbI 3 . 5 Cl 3 .5 or (CH 3 NH 3 ) 5 SnI 3 . 5 is an amorphous material of a composition of Cl 3 .5.

본 발명의 추가 목적은 상기 및 하기 정의된 무정형 물질, 및 하나 이상의 상이한 성분을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 적합한 추가 성분은 무정형 또는 결정질 성분(구체적으로, 본 발명의 무정형 물질에 존재하는 원소의 적어도 일부에 기초함)이다.A further object of the present invention relates to a composition comprising an amorphous material as defined above and below and at least one different component. Suitable additional components are amorphous or crystalline components (specifically based on at least some of the elements present in the amorphous material of the present invention).

본 발명의 추가 목적은 하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 및 하기 화학식 3의 화합물을 고온에서 용융물 중에서 또는 용매의 존재 하에 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질의 제조 방법에 관한 것이다:A further object of the present invention is the preparation of an amorphous material of the composition of the formula (I), comprising the step of reacting a compound of the formula (1), a compound of the formula How to:

화학식 1Formula 1

(R1NR2 3)X1 (R 1 NR 2 3 )X 1

화학식 2Formula 2

(R1NR2 3)X2 (R 1 NR 2 3 )X 2

화학식 3Formula 3

MeX2 2 MeX 2 2

화학식 IFormula I

(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b (R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b

상기 식에서,In the above formula,

R1은 C1-C4-알킬이고;R 1 is C 1 -C 4 -alkyl;

R2는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4-알킬이고;R 2 are independently of each other hydrogen or C 1 -C 4 -alkyl;

Me는 2가 금속이고;Me is a divalent metal;

X1 및 X2는 상이한 의미를 갖고, 서로 독립적으로 F, Cl, Br, I 및 슈도할라이드로부터 선택되고;X 1 and X 2 have different meanings and are each independently selected from F, Cl, Br, I and pseudohalides;

a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 7이고, a 및 b의 합은 7이다.a and b are each independently 0 to 7, and the sum of a and b is 7.

바람직하게는, 상기 성분은 5(R1NR2 3) : 1Me : aX1 : bX2의 조성의 원소의 화학량론적 양에 상응하는 비로 혼합된다.Preferably, the components are mixed in a ratio corresponding to the stoichiometric amounts of the elements of the composition 5(R 1 NR 2 3 ) : 1Me : aX 1 : bX 2 .

특별한 양태에서, (R1NR2 3)X1 : (R1NR2 3)X2 : MeX2 2의 몰 비는 약 3.5 : 1.5 : 1이다.In a particular embodiment, the molar ratio of (R 1 NR 2 3 )X 1 : (R 1 NR 2 3 )X 2 : MeX 2 2 is about 3.5 : 1.5 : 1.

제1 양태에서, 상기 반응은 용융물 중에서 수행된다. 이러한 양태에 따라서, 반응 혼합물은 추출 조성물의 융점보다 높은 온도까지 가열된다. 반응이 용융물에서 수행되는 경우, 온도는 바람직하게는 60 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 80 내지 200℃이다.In a first aspect, the reaction is carried out in a melt. According to this embodiment, the reaction mixture is heated to a temperature above the melting point of the extract composition. When the reaction is carried out in a melt, the temperature is preferably 60 to 250°C, more preferably 80 to 200°C.

제2 양태에서, 상기 반응은 용매의 존재 하에 수행된다. 적합한 용매는 비양성자성 용매이다. 적합한 비양성자성 용매는 다이메틸폼아미드, 에터, 예컨대 다이옥산 및 다이글림(비스(2-메톡시에틸) 에터), N-메틸피롤리돈, (CH3)2SO, 다이메틸 설폰, 설폴란, 환형 우레아, 예컨대 1,3-다이메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)-피리미딘온(DMPU), 이미다졸리딘-2-온, 아세토니트릴, 메톡시아세토니트릴 또는 이들의 혼합물이다. 상기 반응이 용매의 존재 하에 수행되는 경우, 온도는 바람직하게는 20 내지 200℃, 더욱 바람직하게는 40 내지 100℃이다.In a second embodiment, the reaction is carried out in the presence of a solvent. Suitable solvents are aprotic solvents. Suitable aprotic solvents are dimethylformamide, ethers such as dioxane and diglyme (bis(2-methoxyethyl) ether), N-methylpyrrolidone, (CH 3 ) 2 SO, dimethyl sulfone, sulfolane , cyclic ureas such as 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2(1H)-pyrimidinone (DMPU), imidazolidin-2-one, acetonitrile, methoxyaceto nitriles or mixtures thereof. When the reaction is carried out in the presence of a solvent, the temperature is preferably 20 to 200°C, more preferably 40 to 100°C.

바람직한 양태에서, 상기 반응은 불활성 기체 대기 하에 수행된다. 적합한 불활성 기체는, 예를 들어 질소 또는 아르곤이다.In a preferred embodiment, the reaction is carried out under an inert gas atmosphere. Suitable inert gases are, for example, nitrogen or argon.

본 발명의 추가 목적은 광전 변환 소자에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 광전 변환 소자는 박막 광전 변환 소자이다.A further object of the present invention relates to a photoelectric conversion element. Preferably, the photoelectric conversion element is a thin film photoelectric conversion element.

상기 언급한 바와 같이, 특별한 양태는 작업 전극(애노드)의 일부이거나 작업 전극(애노드)을 형성하는 전기 전도성 층; 흡수제 물질을 포함하고 선택적으로 반도전성 금속 산화물(전자 전달 물질로서 작용할 수 있음) 또는 절연 물질(스캐폴드로서 작용할 수 있음)을 포함하는 감광성 층; 전하 전달 층; 및 상대 전극(캐소드)의 일부이거나 상대 전극(캐소드)을 형성하는 전기 전도성 층을 포함하되, 상기 감광성 층 및/또는 상기 전하 전달 층이 하나 이상의 상기 및 하기 정의된 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 광전 변환 소자이다.As noted above, a particular aspect includes an electrically conductive layer that is part of or forms the working electrode (anode); a photosensitive layer comprising an absorber material and optionally comprising a semiconducting metal oxide (which may act as an electron transport material) or an insulating material (which may act as a scaffold); charge transfer layer; and an electrically conductive layer that is part of or forms a counter electrode (cathode), wherein the photosensitive layer and/or the charge transport layer comprises one or more of the above and below defined amorphous materials or such materials. It is a photoelectric conversion element containing a composition.

바람직한 양태에서, 상기 감광성 층은 상기 및 하기 정의된 하나 이상의 무정형 물질, 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 흡수제 물질로서 포함한다. 이러한 양태에 따라서, 상기 감광성 층이 반도전성 금속 산화물 또는 절연 물질을 추가로 포함하는 것이 필요하지 않다.In a preferred embodiment, the photosensitive layer comprises as absorber material at least one amorphous material as defined above and below, or a composition comprising such material. According to this aspect, it is not necessary for the photosensitive layer to further comprise a semiconducting metal oxide or insulating material.

이러한 양태에서, 상기 전하 전달 층이 하나 이상의 본 발명에 따른 무정형 물질을 포함하는 것이 또한 가능하다.In this embodiment, it is also possible for the charge transport layer to comprise at least one amorphous material according to the invention.

더욱 바람직한 양태에서, 상기 감광성 층은 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 흡수제 물질로서 포함한다. 이러한 양태에서, 상기 감광성 층은 상기 및 하기 정의된 하나 이상의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 추가로 포함할 수 있다.In a more preferred embodiment, the photosensitive layer comprises at least one perovskite material as absorber material. In this embodiment, the photosensitive layer may further comprise one or more amorphous materials as defined above and below or a composition comprising such materials.

이러한 양태에서, 상기 전하 전달 층이 하나 이상의 본 발명에 따른 무정형 물질을 포함하는 것이 또한 가능하다.In this embodiment, it is also possible for the charge transport layer to comprise at least one amorphous material according to the invention.

상기 흡수제 물질은 반도전성 금속 산화물 또는 절연 물질(예컨대, 절연 금속 산화물) 상에 침착될 수 있다. 적합한 반도전성 금속 산화물은 염료-감작된 광전 변환 소자에서의 사용을 위해 공지된 것, 구체적으로 TiO2이다. n-형 산화물로서 작용하지 않는 적합한 절연 금속 산화물은 Al2O3이다.The absorber material may be deposited on a semiconducting metal oxide or insulating material (eg, insulating metal oxide). Suitable semiconducting metal oxides are those known for use in dye-sensitized photoelectric conversion devices, in particular TiO 2 . A suitable insulating metal oxide that does not act as an n-type oxide is Al 2 O 3 .

다른 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 광전 변환 소자는 전하 전달 층과 캐소드 사이에 정공-전도성 층을 추가로 포함한다. 정공-전도성 층에 사용된 적합한 물질은, 예컨대 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-다이-p-메톡시페닐-아민)-9,9'-스피로바이플루오렌("스피로-MeOTAD")이다.In another preferred embodiment, the photoelectric conversion device according to the invention further comprises a hole-conducting layer between the charge transport layer and the cathode. Suitable materials used for the hole-conducting layer are, for example, 2,2',7,7'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9'-spirobifluorene ( "Spiro-MeOTAD").

광전 변환 소자의 적합한 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:A suitable method for manufacturing a photoelectric conversion device comprises the steps of:

i) 전기 전도성 층을 제공하는 단계;i) providing an electrically conductive layer;

ii) 선택적으로 그 위에 하부코팅 층을 침착시키는 단계;ii) optionally depositing an undercoat layer thereon;

iii) 단계 i)에서 수득된 전기 전도성 층, 또는, 존재하는 경우, 단계 ii)에서 수득된 하부코팅 층 상에 감광성 층을 침착시키는 단계;iii) depositing a photosensitive layer on the electrically conductive layer obtained in step i), or, if present, the underlying coating layer obtained in step ii);

iv) 단계 iii)에서 수득된 감광성 층 상에 전하 전달 층을 침착시키는 단계; 및iv) depositing a charge transport layer on the photosensitive layer obtained in step iii); and

v) 단계 iv)에서 수득된 전하 전달 층 상에 상대 전기 전도성 층을 침착시키는 단계.v) depositing a counter electrically conductive layer on the charge transport layer obtained in step iv).

상기 감광성 층 및/또는 상기 전하 전달 층은 상기 및 하기 정의된 하나 이상의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함한다.The photosensitive layer and/or the charge transport layer comprises at least one amorphous material as defined above and below or a composition comprising such material.

상기 전기 전도성 층 및/또는 상기 상대 전기 전도성 층은 광전 변환 소자의 강도를 개선하기 위하여 기판(또한, 지지체 또는 담체로도 지칭됨) 상에 침착될 수 있다. 본 문맥에서, 전기 전도성 층, 및 상부에 상기 전기 전도성 층이 침착되는 기판으로 구성된 층은 전도성 지지체로 지칭된다. 상대 전기 전도성 층, 및 상부에 상기 상대 전기 전도성 층이 선택적으로 침착된 기판으로 구성된 층은 상대 전극으로 지칭된다. 바람직하게는, 상기 전기 전도성 층, 및 상기 전기 전도성 층이 선택적으로 침착된 기판은 투명하다. 상기 상대 전기 전도성 층, 및 선택적으로 또한 상기 상대 전기 전도성 층이 선택적으로 침착된 지지체가 역시 투명할 수 있지만, 중요하지 않다.The electrically conductive layer and/or the counter electrically conductive layer may be deposited on a substrate (also referred to as a support or carrier) to improve the strength of the photoelectric conversion element. In this context, a layer composed of an electrically conductive layer and a substrate on which said electrically conductive layer is deposited is referred to as a conductive support. A layer composed of a counter electrically conductive layer and a substrate on which the counter electrically conductive layer is optionally deposited is referred to as a counter electrode. Preferably, the electrically conductive layer and the substrate on which the electrically conductive layer is optionally deposited are transparent. The counter electrically conductive layer, and optionally also the support on which the counter electrically conductive layer is optionally deposited, may also be transparent, but it is not critical.

본 발명의 광전 변환 소자에 포함된 각각의 층은 하기 상세히 설명될 것이다.Each layer included in the photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail below.

(A) 전기 전도성 층[단계 (i)](A) electrically conductive layer [step (i)]

전기 전도성 층은 나머지 층을 지지하기에 충분하도록 안정하거나, 전기 전도성 층을 형성하는 전기 전도성 물질은 기판(지지체 또는 담체로도 지칭됨) 상에 침착된다. 바람직하게는, 전기 전도성 층을 형성하는 상기 전기 전도성 물질은 기판 상에 침착된다. 기판 상에 침착된 전기 전도성 물질의 조합은 이하 "전도성 지지체"로 지칭된다.The electrically conductive layer is stable enough to support the remaining layers, or the electrically conductive material forming the electrically conductive layer is deposited on a substrate (also referred to as a support or carrier). Preferably, the electrically conductive material forming the electrically conductive layer is deposited on a substrate. The combination of electrically conductive materials deposited on a substrate is hereinafter referred to as a "conductive support".

첫 번째 경우, 상기 전기 전도성 층은 바람직하게는 충분한 강도를 갖고 상기 광전 변환 소자를 충분히 밀봉할 수 있는 물질, 예를 들어, 금속, 예컨대 플래티넘, 금, 은, 구리, 아연, 티타늄, 알루미늄 및 이들로 구성된 합금으로 만들어진다.In the first case, the electrically conductive layer is preferably a material having sufficient strength and capable of sufficiently sealing the photoelectric conversion element, for example metals such as platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum and these made of an alloy composed of

두 번째 경우, 전기 전도성 물질을 함유하는 상기 전기 전도성 층이 일반적으로 침착되는 기판은 감광성 층과 반대 방향이고, 그 결과 상기 전기 전도성 층이 상기 감광성 층과 직접적으로 접촉한다.In the second case, the substrate on which the electrically conductive layer containing the electrically conductive material is generally deposited is in the opposite direction to the photosensitive layer, with the result that the electrically conductive layer is in direct contact with the photosensitive layer.

전기 전도성 물질의 바람직한 예는 금속, 예컨대 플래티넘, 금, 은, 구리, 아연, 티타늄, 알루미늄, 인듐 및 이들로 구성된 합금; 탄소(특히, 탄소 나노 튜브의 형태); 및 전기 전도성 금속 산화물, 특히 투명한 전도성 산화물(TCO), 예를 들어 인듐-주석 복합체 산화물, 불소, 안티몬 또는 인듐으로 도핑된 주석 산화물, 및 알루미늄으로 도핑된 아연 산화물을 포함한다. 금속의 경우, 이들은 일반적으로 박막의 형태로 사용되고, 그 결과 충분히 투명한 층을 형성한다. 더욱 바람직하게는, 상기 전기 전도성 물질은 투명한 전도성 산화물(TCO)로부터 선택된다. 이들 중에서, 불소, 안티몬 또는 인듐으로 도핑된 주석 산화물, 및 인듐-주석 산화물(ITO)이 바람직하고, 불소, 안티몬 또는 인듐으로 도핑된 주석 산화물이 더욱 바람직하고, 불소로 도핑된 주석 산화물이 특히 바람직하다. 구체적으로, 주석 산화물은 SnO2이다.Preferred examples of the electrically conductive material include metals such as platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, indium and alloys composed of these; carbon (especially in the form of carbon nanotubes); and electrically conductive metal oxides, especially transparent conductive oxides (TCO), such as indium-tin composite oxide, tin oxide doped with fluorine, antimony or indium, and zinc oxide doped with aluminum. In the case of metals, they are usually used in the form of thin films, resulting in a sufficiently transparent layer. More preferably, the electrically conductive material is selected from transparent conductive oxides (TCOs). Of these, tin oxide doped with fluorine, antimony or indium, and indium-tin oxide (ITO) are preferred, tin oxide doped with fluorine, antimony or indium is more preferred, and tin oxide doped with fluorine is particularly preferred. do. Specifically, the tin oxide is SnO 2 .

전기 전도성 층은 바람직하게는 0.02 내지 10 μm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 μm의 두께를 갖는다.The electrically conductive layer preferably has a thickness of 0.02 to 10 μm, more preferably 0.1 to 1 μm.

일반적으로, 빛은 전기 전도성 층의 측면으로부터 조사될 것이다(상대 전기 전도성 층 측면으로부터가 아님). 따라서, 이미 언급된 바와 같이, 전기 전도성 층을 갖는 지지체, 바람직하게는 전도성 지지체 전체가 실질적으로 투명한 것이 바람직하다. 본원에서, 용어 "실질적으로 투명한"은 광 투과율이 가시광선 영역 내지 근적외선 영역(400 내지 1,000 nm)의 빛에 대해 50% 이상임을 의미한다. 광 투과율은 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상, 구체적으로 80% 이상이다. 전도성 지지체는 특히 바람직하게는 감광성 층이 민감성을 갖는 빛에 대해 높은 광 투과율을 갖는다.Generally, the light will be irradiated from the side of the electrically conductive layer (not from the side of the opposite electrically conductive layer). Accordingly, as already mentioned, it is preferred that the support with the electrically conductive layer, preferably the entire conductive support, is substantially transparent. As used herein, the term "substantially transparent" means that the light transmittance is 50% or more with respect to light in the visible region to the near infrared region (400 to 1,000 nm). The light transmittance is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, specifically 80% or more. The conductive support particularly preferably has a high light transmittance to light for which the photosensitive layer is sensitive.

기판은 유리, 예컨대 소다 유리(강도가 우수함) 및 비-알칼리성 유리(알칼리성 용리에 의해 영향을 받지 않음)로 제조될 수 있다. 다르게는, 투명한 중합체 필름이 기판으로서 사용될 수 있다. 중합체 필름을 위해 사용된 물질은 테트라아세틸 셀룰로스(TAC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 신디오택틱 폴리스티렌(SPS), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(PAr), 폴리설폰(PSF), 폴리에스터설폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리에터이미드(PEI), 환형 폴리올레핀, 브롬화된 페녹시 수지 등일 수 있다. The substrate can be made of glass, such as soda glass (which has good strength) and non-alkaline glass (which is not affected by alkaline elution). Alternatively, a transparent polymer film may be used as the substrate. The materials used for the polymer film were tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylenesulfide (PPS), polycarbonate (PC). , polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyestersulfone (PES), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, brominated phenoxy resin, and the like.

전도성 지지체는 바람직하게는 전기 전도성 물질을 액체 코팅 또는 증착에 의해 기판 상에 침착시킴으로써 제조된다.The conductive support is preferably prepared by depositing an electrically conductive material onto a substrate by liquid coating or vapor deposition.

기판 상에 침착되는 전기 전도성 물질의 양은 충분한 투명도가 보장되도록 선택된다. 적합한 양은 사용된 전도성 물질 및 기판에 따라 변하고, 개개의 경우 대해 결정될 것이다. 예를 들어, 전도성 물질로서 TCO 및 기판으로서 유리의 경우, 양은 0.01 내지 100 g/m2일 수 있다.The amount of electrically conductive material deposited on the substrate is selected to ensure sufficient transparency. Suitable amounts will vary depending on the conductive material and substrate used and will be determined on a case-by-case basis. For example, in the case of TCO as conductive material and glass as substrate, the amount may be from 0.01 to 100 g/m 2 .

금속 납이 전도성 지지체의 저항을 감소시키는데 사용되는 것이 바람직하다. 금속 납은 바람직하게는 금속, 예컨대 플래티넘, 금, 니켈, 티타늄, 알루미늄, 구리, 은 등으로 제조된다. 금속 납이 증착 방법, 스퍼터링 방법 등에 의해, 전기 전도성 층이 상부에 침착된 기판 상에 제공되는 것이 바람직하다. 금속 납에 기인한 입사광량의 감소는 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 1 내지 5% 이상으로 제한된다.Metallic lead is preferably used to reduce the resistance of the conductive support. The metallic lead is preferably made of a metal, such as platinum, gold, nickel, titanium, aluminum, copper, silver, or the like. It is preferable that the metallic lead is provided on the substrate on which the electrically conductive layer is deposited, by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like. The reduction in the amount of incident light due to the metallic lead is preferably limited to 10% or more, more preferably 1 to 5% or more.

(B) 하부코팅 층("완충 층")[선택적인 단계 (ii)](B) undercoat layer (“buffer layer”) [optional step (ii)]

단계 (i)에서 수득된 층은 완충 층으로 코팅될 수 있다. 목적은, 특히 전하 전달 층이 고체 정공-수송 물질인 경우, 전하 전달 층과 전기 전도성 층의 직접 접촉을 피하고, 이에 따라 단락을 방지하는 것이다.The layer obtained in step (i) may be coated with a buffer layer. The purpose is to avoid direct contact of the charge transport layer with the electrically conductive layer, and thus to prevent a short circuit, in particular when the charge transport layer is a solid hole-transport material.

이러한 "하부코팅" 또는 완충 층 물질은 바람직하게는 금속 산화물이다. 금속 산화물은 바람직하게는 티타늄, 주석, 아연, 철, 텅스텐, 바나듐 및 니오븀 산화물(예컨대, TiO2, SnO2, Fe2O3, WO3, ZnO, V2O5 또는 Nb2O5)로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 TiO2이다.This “undercoat” or buffer layer material is preferably a metal oxide. The metal oxides are preferably from titanium, tin, zinc, iron, tungsten, vanadium and niobium oxides (eg TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, V 2 O 5 or Nb 2 O 5 ). selected, more preferably TiO 2 .

하부코팅 층은, 예를 들어 문헌[Electrochim. Acta, 40, 643 to 652 (1995)]에 기술된 분무-열분해 방법, 또는, 예를 들어 문헌[Thin Solid Films 445, 251-258 (2003), Surf. Coat. Technol. 200, 967 to 971 (2005)] 또는 문헌[Coord. Chem. Rev. 248 (2004), 1479]에 기술된 스퍼터링 방법에 의해, 침착될 수 있다. The undercoating layer is described, for example, in Electrochim. Acta, 40, 643 to 652 (1995), or, for example, Thin Solid Films 445, 251-258 (2003), Surf. Coat. Technol. 200, 967 to 971 (2005) or Coord. Chem. Rev. 248 (2004), 1479.

하부코팅 층의 두께는 바람직하게는 5 내지 1,000 nm, 더욱 바람직하게는 10 내지 500 nm, 구체적으로 10 내지 200 nm이다.The thickness of the lower coating layer is preferably from 5 to 1,000 nm, more preferably from 10 to 500 nm, specifically from 10 to 200 nm.

(C) 감광성 층[단계 (iii)](C) photosensitive layer [step (iii)]

첫 번째 바람직한 양태에서, 감광성 층은 하나 이상의 본 발명에 따른 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함한다. 이러한 양태에서, 감광성 층이 반도전성 금속 산화물 또는 절연 물질을 추가로 포함하는 것은 필요하지 않다.In a first preferred embodiment, the photosensitive layer comprises at least one amorphous material according to the invention or a composition comprising such material. In this embodiment, it is not necessary for the photosensitive layer to further comprise a semiconducting metal oxide or insulating material.

두 번째 바람직한 양태에서, 감광성 층은 흡수제 물질로서 하나 이상의 페로브스카이트 물질, 및 n-형 산화물로서 작용하지 않는 반도전성 금속 산화물 또는 담체 물질을 포함한다. 이러한 양태에서, 감광성 층 및/또는 전하 전달 층(하기 (D) 참고)은 하나 이상의 본 발명에 따른 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함한다.In a second preferred embodiment, the photosensitive layer comprises at least one perovskite material as absorber material, and a semiconducting metal oxide or carrier material that does not act as an n-type oxide. In this embodiment, the photosensitive layer and/or the charge transport layer (see (D) below) comprises at least one amorphous material according to the invention or a composition comprising such material.

(1) 반도전성 금속 산화물(1) semiconducting metal oxide

n-형 반도체가 본 발명에 바람직하게는 사용되고, 전도 밴드 전자는 광-여기 조건 하에 담체로서 작용하여 애노드 전류를 제공한다.An n-type semiconductor is preferably used in the present invention, and conduction band electrons act as carriers under photo-excitation conditions to provide the anode current.

적합한 반도전성 금속 산화물은 일반적으로 유기 태양 전지 상에서 유용한 것으로 공지된 모든 금속 산화물이다. 이들은 티타늄, 주석, 아연, 철, 텅스텐, 지르코늄, 하프늄, 스트론튬, 인듐, 세륨, 이트륨, 란타늄, 바나듐, 세슘, 니오븀 또는 탄탈륨의 산화물을 포함한다. 또한, 복합체 반도체, 예컨대 M1 xM2 yOz가 본 발명에 사용될 수 있고, 이때 M, M1 및 M2는 독립적으로 금속 원자를 나타내고, O는 산소 원자를 나타내고, x, y 및 z는 중성 분자를 형성하도록 서로 조합되는 숫자를 나타낸다. 예는 TiO2, SnO2, Fe2O3, WO3, ZnO, Nb2O5, SrTiO3, Ta2O5, Cs2O, 아연 스탄네이트, 페로브스카이트 유형의 착물 산화물, 예컨대 바륨 티탄에이트, 및 2원 및 3원 철 산화물이다.Suitable semiconducting metal oxides are generally all metal oxides known to be useful on organic solar cells. These include oxides of titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, cesium, niobium or tantalum. Also, composite semiconductors such as M 1 x M 2 y O z may be used in the present invention, wherein M, M 1 and M 2 independently represent a metal atom, O represents an oxygen atom, and x, y and z represents numbers that combine with each other to form neutral molecules. Examples are TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , SrTiO 3 , Ta 2 O 5 , Cs 2 O, zinc stannate, complex oxides of the perovskite type, such as barium titanates, and binary and ternary iron oxides.

바람직한 반도전성 금속 산화물은 TiO2, SnO2, Fe2O3, WO3, ZnO, Nb2O5 및 SrTiO3으로부터 선택된다. 이러한 반도체 중에서, TiO2, SnO2, ZnO 및 이들의 혼합물이 더욱 바람직하다. TiO2, ZnO 및 이들의 혼합물이 더욱더 바람직하고, TiO2가 특히 바람직하다.Preferred semiconducting metal oxides are selected from TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 and SrTiO 3 . Among these semiconductors, TiO 2 , SnO 2 , ZnO and mixtures thereof are more preferred. TiO 2 , ZnO and mixtures thereof are even more preferred, TiO 2 being particularly preferred.

금속 산화물은 바람직하게는 무정형 또는 나노결정질 형태로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 이들은 나노결정질 다공성 층으로서 존재한다. 금속 산화물 층은 또한 구조화된 형태, 예컨대 나노로드(nanorod)로 존재할 수 있다.The metal oxide is preferably present in amorphous or nanocrystalline form. More preferably, they are present as nanocrystalline porous layers. The metal oxide layer may also be present in a structured form, such as nanorods.

1개 초과의 금속 산화물이 사용되는 경우, 2개 초과의 금속 산화물은 감광성 층이 형성될 때 혼합물로서 적용될 수 있다. 다르게는, 금속 산화물의 층은 이와는 상이한 하나 이상의 금속 산화물로 코팅될 수 있다.When more than one metal oxide is used, more than two metal oxides may be applied as a mixture when the photosensitive layer is formed. Alternatively, the layer of metal oxide may be coated with one or more different metal oxides.

금속 산화물은 또한 이와는 상이한 반도체, 예컨대 GaP, ZnP 또는 ZnS 상의 층으로서 존재할 수 있다.The metal oxide may also be present as a layer on a different semiconductor, such as GaP, ZnP or ZnS.

본 발명에 사용된 TiO2 및 ZnO는 바람직하게는 예추석-형 결정 구조이고, 또한 바람직하게는 나노결정질이다. TiO 2 and ZnO used in the present invention preferably have an anatase-like crystal structure, and are also preferably nanocrystalline.

반도체는 이의 전자 전도성을 증가시키기 위해 도판트를 포함할 수 있거나, 포함하지 않을 수 있다. 바람직한 도판트는 금속 화합물, 예컨대 금속, 금속 염 및 금속 칼코게나이드이다. A semiconductor may or may not include a dopant to increase its electronic conductivity. Preferred dopants are metal compounds such as metals, metal salts and metal chalcogenides.

감광성 층에서, 반도전성 금속 산화물 층은 바람직하게는 다공성, 특히 바람직하게는 나노다공성, 구체적으로 메조다공성이다.In the photosensitive layer, the semiconducting metal oxide layer is preferably porous, particularly preferably nanoporous, in particular mesoporous.

다공성 물질은 다공성의 부드럽지 않은 표면에 의해 특징지어진다. 다공도는 물질 내의 공극 공간의 측정치이고, 총 부피에 대한 공극의 부피의 분율이다. 나노다공성 물질은 nm 범위, 즉 약 0.2 내지 1,000 nm, 바람직하게는 0.2 내지 100 nm의 직경을 갖는 공극을 갖는다. 메조다공성 물질은 2 내지 50 nm의 직경을 갖는 공극을 갖는 나노다공성 물질의 특정 형태이다. 이러한 문맥에서 "직경"은 공극의 가장 큰 치수를 지칭한다. 공극의 직경은 다수의 다공성 측정법(porosimetry), 예컨대 광학 방법, 흡수 방법, 물 증발 방법, 수은 압입 다공성 측정법 또는 기체 팽창 방법에 의해 측정될 수 있다.Porous materials are characterized by a porous, non-smooth surface. Porosity is a measure of the void space in a material and is the fraction of the volume of the voids to the total volume. The nanoporous material has pores with a diameter in the nm range, ie about 0.2 to 1,000 nm, preferably 0.2 to 100 nm. A mesoporous material is a specific form of nanoporous material having pores with a diameter of 2 to 50 nm. "Diameter" in this context refers to the largest dimension of the void. The diameter of the pores can be measured by a number of porosimetry methods, such as optical methods, absorption methods, water evaporation methods, mercury intrusion porosimetry or gas expansion methods.

반도전성 금속 산화물 층의 제조에 사용된 반도전성 금속 산화물의 입자 크기는 일반적으로 nm 내지 μm 범위이다. 돌출된 영역과 동등한 원의 직경으로부터 수득된 1차 반도체 입자의 평균 크기는 바람직하게는 200 nm 이하, 예컨대 5 내지 200 nm, 더욱 바람직하게는 100 nm 이하, 예컨대 5 내지 100 nm 또는 8 내지 100 nm이다.The particle size of the semiconducting metal oxide used in the preparation of the semiconducting metal oxide layer is generally in the range from nm to μm. The average size of the primary semiconductor particles obtained from the diameter of a circle equivalent to the protruding region is preferably 200 nm or less, such as 5 to 200 nm, more preferably 100 nm or less, such as 5 to 100 nm or 8 to 100 nm. am.

상이한 입자 크기 분포를 갖는 2개 이상의 반도전성 금속 산화물은 감광성 층의 제조시 혼합될 수 있다. 이러한 경우, 보다 적은 입자의 평균 입자 크기는 바람직하게는 25 nm 이하, 더욱 바람직하게는 10 nm 이하이다. 입사광선을 산란시킴으로써 광전 변환 소자의 광-포획률을 개선하기 위하여, 큰 입자 크기, 예컨대 약 100 내지 300 nm의 직경을 갖는 반도전성 금속 산화물이 감광성 층을 위해 사용될 수 있다.Two or more semiconducting metal oxides having different particle size distributions may be mixed in the preparation of the photosensitive layer. In this case, the average particle size of the smaller particles is preferably 25 nm or less, more preferably 10 nm or less. In order to improve the light-capture rate of the photoelectric conversion element by scattering the incident light, a semiconducting metal oxide having a large particle size, for example, a diameter of about 100 to 300 nm can be used for the photosensitive layer.

예를 들어, 문헌[Materia, Vol. 35, No. 9, Page 1012 to 1018 (1996)]에 기술된 졸-겔 방법이 반도전성 금속 산화물의 제조 방법으로서 바람직하다. 클로라이드를 산수소 염 중에서 고온 가수분해를 거치게 함으로써 산화물을 제조함을 포함하는 방법이 또한 바람직하다.See, for example, Materia, Vol. 35, No. 9, Page 1012 to 1018 (1996)] is preferred as a method for producing a semiconducting metal oxide. Also preferred is a process comprising preparing the oxide by subjecting the chloride to high temperature hydrolysis in an oxyhydrogen salt.

반도전성 금속 산화물로서 티타늄 산화물을 사용하는 경우, 상기 언급된 졸-겔 방법, 겔-졸 방법, 고온 가수분해 방법이 바람직하게 사용된다. 졸-겔 방법 중에서, 문헌[Barbe et al., Journal of American Ceramic Society, vol. 80, no. 12, page 3157 to 3171 (1997)] 및 문헌[Burnside et al., Chemistry of Materials, vol. 10, no. 9, page 2419 to 2425 (1998)]에 기술된 방법이 또한 바람직하다.When titanium oxide is used as the semiconducting metal oxide, the above-mentioned sol-gel method, gel-sol method, and high-temperature hydrolysis method are preferably used. Among the sol-gel methods, Barbe et al., Journal of American Ceramic Society, vol. 80, no. 12, page 3157 to 3171 (1997) and Burnside et al., Chemistry of Materials, vol. 10, no. 9, pages 2419 to 2425 (1998), are also preferred.

반도전성 금속 산화물은 단계 (i), 또는, 수행되는 경우, 단계 (ii)에서 수득된 층 상에, 단계 (i) 또는 (ii)에서 수득된 층이 분산액 또는 입자를 함유하는 콜로이드 용액으로 코팅된 방법, 상기 언급된 졸-겔 방법 등에 의해 적용될 수 있다. 습식형 층 형성 방법은 광전 변환 소자의 대량 생산, 반도전성 금속 산화물 분산액의 특성의 개선, 및 단계 (i) 또는 (ii)에서 수득된 층의 적응성의 개선 등에 비교적 이롭다. 이와 같이, 습식형 층 형성 방법, 코팅 방법, 프린팅 방법, 전해 전착 방법 및 전착 기술은 전형적인 예이다. 또한, 반도전성 금속 산화물 층은 금속 산화; 금속 용액이 리간드 교환 등을 거치는 LPD(액체 상 침착) 방법; 스퍼터링 방법; PVD(물리 증착) 방법; CVD(화학 증착) 방법; 또는 열분해-형 금속 산화물 전구체가 가열된 기판 상에 분무되어 금속 산화물을 생성하는 SPD(분무 열분해 침착) 방법에 의해 배치될 수 있다.The semiconducting metal oxide is coated on the layer obtained in step (i), or, if carried out, step (ii), the layer obtained in step (i) or (ii) is coated with a dispersion or colloidal solution containing particles method, the above-mentioned sol-gel method, and the like. The wet type layer forming method is relatively advantageous for mass production of photoelectric conversion elements, improvement of properties of semiconducting metal oxide dispersions, improvement of adaptability of the layer obtained in step (i) or (ii), and the like. As such, the wet type layer forming method, the coating method, the printing method, the electrolytic electrodeposition method and the electrodeposition technique are typical examples. In addition, the semiconducting metal oxide layer may be formed of metal oxide; LPD (liquid phase deposition) method in which a metal solution undergoes ligand exchange or the like; sputtering method; PVD (Physical Vapor Deposition) method; CVD (chemical vapor deposition) method; Alternatively, it may be disposed by an SPD (spray pyrolysis deposition) method in which a pyrolysis-type metal oxide precursor is sprayed onto a heated substrate to produce a metal oxide.

반도전성 금속 산화물을 함유하는 분산액은 상기 언급된 졸-겔 방법; 모르타르(mortar)에서의 반도체 분쇄; 밀(mill)에서 갈면서 반도체의 분산; 용매 중에서 반도전성 금속 산화물의 합성 및 침전 등에 의해 제조될 수 있다.The dispersion containing the semiconducting metal oxide may be prepared by the above-mentioned sol-gel method; semiconductor grinding in mortar; dispersion of semiconductors while grinding in a mill; It can be prepared by synthesizing and precipitating a semiconducting metal oxide in a solvent.

분산액 용매로서, 물 또는 유기 용매, 예컨대 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올, 시트로넬롤, 테르피네올, 다이클로로메탄, 아세톤, 아세토니트릴, 에틸 아세테이트 등, 이들의 혼합물 및 상기 유기 용매 중 1종 이상과 물의 혼합물이 사용될 수 있다. 중합체, 에컨대 폴리에틸렌 글리콜, 하이드록시에틸셀룰로스 및 카복시메틸셀룰로스, 계면활성제, 산, 킬레이트화제 등이, 필요에 따라, 분산제로서 사용될 수 있다. 구체적으로, 분산액의 점도 및 반도전성 금속 산화물 층의 다공도가 폴리에틸렌 글리콜의 분자량을 변화시킴으로써 제어될 수 있고, 폴리에틸렌 글리콜을 함유하는 반도전성 금속 산화물 층이 거의 박리되지 않으므로, 폴리에틸렌 글리콜이 분산액에 첨가될 수 있다.As the dispersion solvent, water or an organic solvent such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, citronellol, terpineol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, etc., mixtures thereof and at least one of the above organic solvents A mixture of and water may be used. Polymers such as polyethylene glycol, hydroxyethylcellulose and carboxymethylcellulose, surfactants, acids, chelating agents and the like can be used as dispersants, if necessary. Specifically, the viscosity of the dispersion and the porosity of the semiconducting metal oxide layer can be controlled by changing the molecular weight of polyethylene glycol, and since the semiconducting metal oxide layer containing polyethylene glycol is hardly peeled off, polyethylene glycol may be added to the dispersion. can

바람직한 코팅 방법은, 예컨대 반도전성 금속 산화물을 적용하기 위한 롤러(roller) 방법 및 침지(dip) 방법, 및, 예컨대 층을 조정하기 위한 에어-나이프(air-knife) 방법 및 블레이드(blade) 방법을 포함한다. 또한, 적용 및 조정이 동시에 수행될 수 있는 방법으로서, 와이어-바(wire-bar) 방법, 슬라이드-호퍼(slide-hopper) 방법(예컨대, 미국 특허 제2,761,791호에 기술됨), 압출 방법, 커튼 방법 등이 바람직하다. 또한, 스핀 방법 및 분무 방법이 사용될 수 있다. 습식형 프린팅 방법에 관하여, 릴리프(relief) 프린팅, 오프셋(offset) 프린팅, 그라비어(gravure) 프린팅, 음각 프린팅, 검 프린팅, 스크린 프린팅 등이 바람직하다. 바람직한 층 형성 방법은 분산액의 점도 및 목적하는 습식 두께에 따라 상기 방법으로부터 선택될 수 있다.Preferred coating methods include, for example, the roller method and the dip method for applying the semiconducting metal oxide, and the air-knife method and the blade method, for example for conditioning the layer. include Also, as methods in which application and adjustment can be performed simultaneously, a wire-bar method, a slide-hopper method (such as described in U.S. Patent No. 2,761,791), an extrusion method, a curtain method and the like are preferred. Also, spin method and spray method can be used. Regarding the wet type printing method, relief printing, offset printing, gravure printing, intaglio printing, gum printing, screen printing, and the like are preferable. A preferred method for forming the layer may be selected from the above methods depending on the viscosity of the dispersion and the desired wet thickness.

반도전성 금속 산화물 층은 단일 층으로 제한되지 않는다. 상이한 입자 크기를 갖는 반도전성 금속 산화물을 각각 포함하는 분산액은 다층 코팅을 거칠 수 있다. 또한, 상이한 종류의 반도전성 금속 산화물, 결합제 또는 첨가제를 각각 함유하는 분산액은 다층 코팅을 거칠 수 있다. 다층 코팅이 또한 단일 층의 두께가 불충분한 경우 효과적으로 사용된다.The semiconducting metal oxide layer is not limited to a single layer. The dispersions each comprising a semiconducting metal oxide having a different particle size may be subjected to a multilayer coating. In addition, dispersions each containing different types of semiconducting metal oxides, binders or additives may be subjected to a multilayer coating. Multilayer coatings are also effectively used when the thickness of a single layer is insufficient.

일반적으로, 감광성 층의 두께와 동일한 반도전성 금속 산화물 층의 두께가 증가함에 따라, 돌출된 영역의 단위 당 혼입된 흡수제(예를 들어, 페로브스카이트)의 양이 증가하고, 이는 보다 높은 광-포획률을 야기한다. 그러나, 생성된 전자의 확산 거리가 또한 증가하므로, 전하의 재조합에 기인한 보다 높은 손실률이 예측된다. 반도전성 금속 산화물 층의 바람직한 두께는 0.1 내지 100 μm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 50 μm, 더욱더 바람직하게는 0.1 내지 30 μm, 구체적으로 0.1 내지 20 μm, 구체적으로 0.5 내지 3 μm이다.In general, as the thickness of the semiconducting metal oxide layer, which is equal to the thickness of the photosensitive layer, increases, the amount of incorporated absorbent (eg, perovskite) per unit of protruding area increases, resulting in higher light - Causes catch rate. However, since the diffusion distance of the generated electrons also increases, a higher loss rate due to recombination of charges is expected. A preferred thickness of the semiconducting metal oxide layer is 0.1 to 100 μm, more preferably 0.1 to 50 μm, even more preferably 0.1 to 30 μm, specifically 0.1 to 20 μm, specifically 0.5 to 3 μm.

기판 1 m2 당 반도전성 금속 산화물의 코팅 양은 바람직하게는 0.5 내지 100 g, 더욱 바람직하게는 3 내지 50 g이다.The coating amount of the semiconducting metal oxide per 1 m 2 of the substrate is preferably 0.5 to 100 g, more preferably 3 to 50 g.

반도전성 금속 산화물을 단계 (i) 또는 (ii)에서 수득된 층 상에 적용한 후, 수득된 생성물은 금속 산화물 입자를 서로 전자적으로 접촉시키고 코팅 강도 및 아래의 층과의 접착력을 증가시키는 열 처리(소결 단계)를 거친다. 가열 온도는 바람직하게는 40 내지 700℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 600℃이다. 가열 시간은 바람직하게는 10분 내지 10시간이다.After applying the semiconducting metal oxide onto the layer obtained in step (i) or (ii), the obtained product is subjected to a heat treatment ( sintering step). The heating temperature is preferably 40 to 700°C, more preferably 100 to 600°C. The heating time is preferably from 10 minutes to 10 hours.

그러나, 전기 전도성 층이 낮은 융점 또는 연화점을 갖는 감열성 물질, 예컨대 중합체 필름을 함유하는 경우, 반도전성 금속 산화물의 적용 후에 수득된 생성물은 고온 처리를 거치지 않고, 이는 기판을 손상시킬 수 있기 때문이다. 이러한 경우, 열 처리는 바람직하게는 가능한 낮은 온도에서, 예를 들어, 50 내지 350℃에서 수행된다. 이러한 경우, 반도전성 금속 산화물은 바람직하게는 보다 적은 입자는 갖는 것, 구체적으로 5 nm 이하의 중간 입자 크기를 갖는 것이다. 다르게는, 무기 산 또는 금속 산화물 전구체가 이러한 저온에서 열-처리될 수 있다.However, when the electrically conductive layer contains a heat-sensitive material having a low melting point or softening point, such as a polymer film, the product obtained after application of the semiconducting metal oxide does not undergo high-temperature treatment, since this may damage the substrate . In this case, the heat treatment is preferably carried out at a temperature as low as possible, for example at 50 to 350°C. In this case, the semiconducting metal oxide is preferably one with fewer particles, in particular one with a median particle size of 5 nm or less. Alternatively, the inorganic acid or metal oxide precursor may be heat-treated at such low temperatures.

또한, 열 처리는, 가열 온도를 감소시키기 위해서, 자외선, 적외선, 마이크로파, 전기장, 초음파 등을 반도전성 금속 산화물에 적용하면서 수행될 수 있다. 불필요한 유기 화합물 등을 제거하기 위하여, 열 처리는 바람직하게는 배기, 산소 플라즈마 처리, 순수한 물, 용매 또는 기체에 의한 세척 등과 함께 수행된다.Further, the heat treatment may be performed while applying ultraviolet rays, infrared rays, microwaves, electric fields, ultrasonic waves, etc. to the semiconducting metal oxide in order to reduce the heating temperature. In order to remove unnecessary organic compounds, etc., the heat treatment is preferably performed together with exhaust, oxygen plasma treatment, washing with pure water, solvent or gas, or the like.

필요에 따라, 반도전성 금속 산화물 층의 성능을 개선하기 위하여 반도전성 금속 산화물 층을 흡수제와 접촉시키기 전에, 반도전성 금속 산화물 층 상에 차단 층을 형성하는 것이 가능하다. 이러한 차단 층은 통상적으로 상기 언급한 열 처리 후에 도입된다. 차단 층을 형성하는 예는 반도전성 금속 산화물 층을 금속 알콕사이드, 예컨대 티타늄 에톡사이드, 티타늄 이소프로폭사이드 또는 티타늄 부톡사이드, 클로라이드, 예컨대 티타늄 클로라이드, 주석 클로라이드 또는 아연 클로라이드, 니트라이드 또는 설파이드의 용액에 함침시키고, 이어서 기판을 건조하거나 소결하는 것이다. 예를 들어, 차단 층은 금속 산화물, 예컨대 TiO2, SiO2, AI2O3, ZrO2, MgO, SnO2, ZnO, Eu2O3, Nb2O5 또는 이들의 조합, TiCl4, 또는 중합체, 예컨대 폴리(페닐렌 산화물-코-2-알릴페닐렌 산화물) 또는 폴리(메틸실록산)으로 만들어진다. 이러한 층의 제법의 상세사항은, 예를 들어 문헌[Electrochimica Acta 40, 643, 1995; J. Am. Chem. Soc 125, 475, 2003]; 문헌[Chem. Lett. 35, 252, 2006]; 문헌[J. Phys. Chem. B, 110, 1991, 2006]에 기술되어 있다. 바람직하게는, TiCl4가 사용된다. 차단 층은 통상적으로 밀집되고 빽빽하고, 통상적으로 반도전성 금속 산화물 층보다 얇다.If necessary, it is possible to form a blocking layer on the semiconducting metal oxide layer before contacting the semiconducting metal oxide layer with the absorbent in order to improve the performance of the semiconducting metal oxide layer. This barrier layer is usually introduced after the above-mentioned heat treatment. An example of forming the barrier layer is a semiconducting metal oxide layer in a solution of a metal alkoxide such as titanium ethoxide, titanium isopropoxide or titanium butoxide, chloride such as titanium chloride, tin chloride or zinc chloride, nitride or sulfide. impregnation, followed by drying or sintering of the substrate. For example, the blocking layer may be a metal oxide such as TiO 2 , SiO 2 , AI 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, SnO 2 , ZnO, Eu 2 O 3 , Nb 2 O 5 or combinations thereof, TiCl 4 , or made of a polymer such as poly(phenylene oxide-co-2-allylphenylene oxide) or poly(methylsiloxane). Details of the preparation of such layers can be found, for example, in Electrochimica Acta 40, 643, 1995; J. Am. Chem. Soc 125, 475, 2003]; See Chem. Lett. 35, 252, 2006]; Literature [J. Phys. Chem. B, 110, 1991, 2006]. Preferably, TiCl 4 is used. The barrier layer is typically dense and dense, and is typically thinner than the semiconducting metal oxide layer.

(2) 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물(2) amorphous substances or compositions comprising such substances;

무정형 물질은 바람직하게는 큰 표면적을 갖는 물질에 흡착된다. 구체적으로, 무정형 물질은 반도전성 금속 산화물에 흡착될 수 있다.The amorphous material is preferably adsorbed to a material having a large surface area. Specifically, the amorphous material may be adsorbed to the semiconducting metal oxide.

무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 이러한 성분을 서로 접촉시킴으로써, 예컨대 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물의 용액에 반도전성 금속 산화물 층을 적용한 후에 수득된 생성물을 소킹(soaking)시킴으로써, 또는 이러한 용액을 반도전성 금속 산화물 층에 적용함으로써, 반도전성 금속 산화물에 흡착될 수 있다. 전자의 경우, 소킹 방법, 침지 방법, 롤러 방법, 에어-나이프 방법 등이 사용될 수 있다. 소킹 방법에서, 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 실온에서, 또는 일본 특허 제7249790호 기술된 바와 같이 가열하면서 환류 하에 흡착될 수 있다. 후자의 경우의 적용 방법으로서, 와이어-바 방법, 슬라이드-호퍼 방법, 압출 방법, 커튼 방법, 스핀 방법, 분무 방법 등이 사용될 수 있다. 또한, 무정형 물질 또는 조성물은, 이미지 상으로의 잉크-젯(ink-jet) 방법에 의해 반도전성 금속 산화물 층에 적용될 수 있고, 이에 의해 감광성 층에 이미지의 형상을 갖는 표면을 제공한다.Amorphous materials or compositions comprising such materials may be prepared by contacting these components with each other, for example by soaking the product obtained after application of a semiconducting metal oxide layer to a solution of the amorphous material or composition comprising such materials, or By applying the solution to the semiconducting metal oxide layer, it can be adsorbed to the semiconducting metal oxide. In the former case, a soaking method, a dipping method, a roller method, an air-knife method, etc. can be used. In the soaking method, the amorphous material or a composition comprising such material may be adsorbed at room temperature or under reflux with heating as described in Japanese Patent No. 7249790. As the application method in the latter case, a wire-bar method, a slide-hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, a spraying method and the like can be used. In addition, the amorphous material or composition can be applied to the semiconducting metal oxide layer by an ink-jet method onto an image, thereby providing the photosensitive layer with a surface having the shape of the image.

1개 초과의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물이 적용되는 경우, 2개 이상의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물의 적용은, 예컨대 2개 이상의 무정형 물질의 혼합물을 사용함으로써 동시에, 또는 다른 무정형 물질의 적용에 이어서 하나의 무정형 물질을 적용함으로써 순차적으로, 수행될 수 있다.Where more than one amorphous material or a composition comprising such material is applied, the application of the two or more amorphous materials or a composition comprising such material can be carried out simultaneously, for example by using a mixture of two or more amorphous materials, or other amorphous materials. It can be done sequentially, by application of a material followed by application of one amorphous material.

추가로 또는 다르게는, 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 전하 전달 물질과 함께 적용될 수 있다.Additionally or alternatively, an amorphous material or a composition comprising such material may be applied in conjunction with a charge transfer material.

(3) 페로브스카이트 흡수제 물질(3) perovskite absorbent material

원칙적으로, 당업자에게 공지된 모든 페로브스카이트 흡수제 물질이 사용될 수 있다. 페로브스카이트 흡수제 물질은 바람직하게는 유기금속성 할라이드 화합물이다. 화학식 (RdNH3)PbXa 3의 화합물(이때, Rd는 C1-C4-알킬이고, Xa는 Cl, Br 또는 I임)이 바람직하다. (CH3NH3)PbI3, (CH3CH2NH3)PbI3, (CH3NH3)PbI2Cl 및 (CH3CH2NH3)PbI2Cl이 특히 바람직하다.In principle, all perovskite absorbent materials known to the person skilled in the art can be used. The perovskite absorbent material is preferably an organometallic halide compound. Preference is given to compounds of the formula (R d NH 3 )PbX a 3 , wherein R d is C 1 -C 4 -alkyl and X a is Cl, Br or I. Particular preference is given to (CH 3 NH 3 )PbI 3 , (CH 3 CH 2 NH 3 )PbI 3 , (CH 3 NH 3 )PbI 2 Cl and (CH 3 CH 2 NH 3 )PbI 2 Cl.

(4) 비-반도전성 담체 물질(4) non-semiconducting carrier material

Al2O3이 비-반도전성 담체 물질로서 바람직하다.Al 2 O 3 is preferred as the non-semiconducting carrier material.

(5) 부동태화 물질(5) passivating substances

반도전성 금속 산화물 내의 전자와 전하 전달 층의 재조합을 방지하기 위하여, 부동태화 층이 반도전성 금속 산화물 상에 제공될 수 있다. 부동태화 층이 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물의 흡착 전에, 또는 흡착 공정 후에 제공될 수 있다. 적합한 부동태화 물질은 알루미늄 염, Al2O3, 실란, 예컨대 CH3SiCl3, 금속 유기 착물, 특히 Al3+ 착물, 4-tert-부틸 피리딘, MgO, 4-구아니디노 부티르산 및 헥사데실 말론산이다. 부동태화 층은 바람직하게는 매우 얇다.To prevent recombination of the electron and charge transport layer in the semiconducting metal oxide, a passivation layer may be provided on the semiconducting metal oxide. A passivation layer may be provided prior to adsorption of the amorphous material or composition comprising such material, or after the adsorption process. Suitable passivating materials are aluminum salts, Al 2 O 3 , silanes such as CH 3 SiCl 3 , metal organic complexes, in particular Al 3+ complexes, 4-tert-butyl pyridine, MgO, 4-guanidino butyric acid and hexadecyl horses. It is ronic acid. The passivation layer is preferably very thin.

(D) 전하 전달 층[단계 (iv)](D) charge transport layer [step (iv)]

전하 전달 층은 본 발명에 따른 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함할 수 있다. 전하 전달 층은 추가적인 정공-수송 물질을 포함할 수 있다.The charge transport layer may comprise an amorphous material according to the present invention or a composition comprising such material. The charge transport layer may include additional hole-transporting materials.

적합한 추가의 정공-수송 물질은 무기 정공-수송 물질, 유기 정공-수송 물질 또는 이들의 조합이다. 바람직하게는, 추가적인 정공-수송 물질은 고체 상태이다. 이러한 화합물은 당업자에게 공지되어 있다.Suitable further hole-transporting materials are inorganic hole-transporting materials, organic hole-transporting materials or combinations thereof. Preferably, the additional hole-transporting material is in the solid state. Such compounds are known to those skilled in the art.

전하 전달 층이 본 발명에 따른 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함하지 않는 경우, 광전 변환 소자의 정공-수송 물질은 바람직하게는 상기 추가적인 정공-수송 물질로서 언급된 정공-수송 물질로부터 선택된다.If the charge transport layer does not comprise an amorphous material according to the invention or a composition comprising such a material, the hole-transporting material of the photoelectric conversion element is preferably selected from the hole-transporting materials mentioned above as additional hole-transporting materials. do.

전하 전달 층의 형성 방법:A method of forming the charge transport layer:

전하 전달 층은, 예컨대 하기 2개의 방법 중 하나에 의해 제공될 수 있다. 제1 방법에 따라서, 상대 전극이 먼저 감광성 층 상에 위치되고, 이어서 전하 전달 층의 물질이 액체 상태로 적용되어 이들 사이의 틈을 관통한다. 제2 방법에 따라서, 전하 전달 층이 먼저 감광성 층 상에 직접 배치되고, 이어서 상대 전극이 배치된다.The charge transport layer may be provided, for example, by one of the following two methods. According to a first method, a counter electrode is first placed on the photosensitive layer, and then the material of the charge transport layer is applied in a liquid state to penetrate the gap between them. According to a second method, the charge transport layer is first disposed directly on the photosensitive layer, followed by the counter electrode.

제2 방법에 의해 습식 전하 전달 층을 제공하는 경우, 습식 전하 전달 층이 감광성 층에 적용되고, 상대 전극이 건조 없이 습식 전하 전달 층 상에 배치되고, 이의 가장자리가, 필요에 따라, 액체-누출을 방지하기 위한 치료를 거친다. 제2 방법에 의해 겔 전하 전달 층을 제공하는 경우, 전하 전달 물질은 액체 상태로 적용될 수 있고, 중합 등에 의해 겔화될 수 있다. 이러한 경우, 상대 전극은 전하 전달 층을 건조하고 고정하기 전 또는 후에 전하 전달 층 상에 배치될 수 있다.When the wet charge transfer layer is provided by the second method, the wet charge transfer layer is applied to the photosensitive layer, and a counter electrode is disposed on the wet charge transfer layer without drying, the edges of which are, if necessary, liquid-leakage. treatment to prevent When the gel charge transfer layer is provided by the second method, the charge transfer material may be applied in a liquid state, and may be gelled by polymerization or the like. In this case, the counter electrode may be placed on the charge transfer layer before or after drying and fixing the charge transfer layer.

전하 전달 층은, 예컨대 롤러 방법, 침지 방법, 에어-나이프 방법, 압출 방법, 슬라이드-호퍼 방법, 와이어-바 방법, 스핀 방법, 분무 방법, 캐스트 방법 또는 프린팅 방법에 의해 침착될 수 있다. 적합한 방법은 반도전성 금속 산화물 층을 형성하거나 무정형 물질을 상기 언급된 반도체에 흡착시키는 방법과 유사하다.The charge transfer layer may be deposited by, for example, a roller method, an immersion method, an air-knife method, an extrusion method, a slide-hopper method, a wire-bar method, a spin method, a spray method, a cast method or a printing method. A suitable method is similar to the method of forming a semiconducting metal oxide layer or adsorbing an amorphous material to the semiconductor mentioned above.

전하 전달 층이 하나 이상의 고체 전해질로 구성되는 경우, 고체 정공 수송 물질 등은 무수 필름-형성 방법, 예컨대 물리적 진공 증착 방법 또는 CVD 방법, 및 이어서 그 위의 상대 전극의 침착에 의해 형성될 수 있다. 정공-수송 물질은, 진공 증착 방법, 캐스트 방법, 코팅 방법, 스핀-코팅 방법, 소킹 방법, 전해질 중합 방법, 광-중합 방법, 이러한 방법의 조합 등에 의해, 감광성 층을 관통하도록 제조될 수 있다.When the charge transport layer is composed of one or more solid electrolytes, the solid hole transport material and the like can be formed by anhydrous film-forming methods such as physical vacuum deposition methods or CVD methods, followed by deposition of a counter electrode thereon. The hole-transporting material can be prepared to penetrate the photosensitive layer by a vacuum deposition method, a cast method, a coating method, a spin-coating method, a soaking method, an electrolytic polymerization method, a photo-polymerization method, a combination of these methods, and the like.

(E) 상대 전극[단계 (v)](E) counter electrode [step (v)]

상기한 바와 같이, 상대 전극은 상대 전기 전도성 층이고, 이는 상기 정의된 기판에 의해 선택적으로 지지된다. 상대 전기 전도성 층에 사용된 전기 전도성 물질의 예는 금속, 예컨대 플래티넘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 마그네슘 및 인듐; 이들의 혼합물 및 합금, 특히 알루미늄 및 은의 혼합물 및 합금; 탄소; 전기 전도성 금속 산화물, 예컨대 인듐-주석 복합체 산화물 및 불소-도핑된 주석 산화물을 포함한다. 이들 중에서, 플래티넘, 금, 은, 구리, 알루미늄 및 마그네슘이 바람직하고, 은 또는 금이 특히 바람직하다. 구체적으로, 은이 사용된다. 또한, 적합한 전극은 혼합된 무기/유기 전극 및 폴리레이어(polylayer) 전극, 예컨대 LiF/Al 전극이다. 적합한 전극은, 예를 들어 국제 특허공개 제02/101838호(특히 제18면 내지 제20면)에 기술되어 있다.As mentioned above, the counter electrode is a counter electrically conductive layer, which is optionally supported by a substrate as defined above. Examples of the electrically conductive material used for the counter electrically conductive layer include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, magnesium and indium; mixtures and alloys thereof, in particular mixtures and alloys of aluminum and silver; carbon; electrically conductive metal oxides such as indium-tin composite oxide and fluorine-doped tin oxide. Among these, platinum, gold, silver, copper, aluminum and magnesium are preferred, and silver or gold is particularly preferred. Specifically, silver is used. Also suitable electrodes are mixed inorganic/organic electrodes and polylayer electrodes, such as LiF/Al electrodes. Suitable electrodes are described, for example, in WO 02/101838 (particularly pages 18 to 20).

상대 전극의 기판은 바람직하게는 전기 전도성 물질에 의해 코팅되거나 증착되는 유리 또는 플라스틱으로 만들어진다. 상대 전기 전도성 층은 바람직하게는 3 nm 내지 10 μm의 두께를 갖지만, 두께는 비제한적이다.The substrate of the counter electrode is preferably made of glass or plastic which is coated or deposited by an electrically conductive material. The counter electrically conductive layer preferably has a thickness of 3 nm to 10 μm, although the thickness is not limited.

빛은 단계 (i)에서 제공된 전기 전도성 층 및 단계 (v)에서 제공된 상대 전극 중 어느 하나의 측면 또는 양 측면으로부터 조사될 수 있고, 이에 따라, 이들 중 하나 이상은 빛이 감광성 층에 도달하도록 실질적으로 투명하여야 한다. 전기 생성 효율의 개선이라는 관점으로부터, 단계 (i)에서 제공된 전기 전도성 층이 입사광에 실질적으로 투명한 것이 바람직하다. 이러한 경우, 상대 전극은 바람직하게는 광-반사 특성을 갖는다. 이러한 상대 전극은 금속 또는 전기 전도성 산화물의 증착된 층, 또는 금속 박막을 갖는 유리 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. "집광기(concentrator)"로도 지칭되는 이러한 유형의 장치는, 예를 들어 국제 특허공개 제02/101838호(특히 제23면 및 제24면)에 기술되어 있다.Light may be irradiated from either side or both sides of the electrically conductive layer provided in step (i) and the counter electrode provided in step (v), such that at least one of these substantially causes the light to reach the photosensitive layer. should be transparent with From the viewpoint of improving the electricity generation efficiency, it is preferable that the electrically conductive layer provided in step (i) is substantially transparent to incident light. In this case, the counter electrode preferably has light-reflecting properties. This counter electrode may consist of a deposited layer of metal or an electrically conductive oxide, or glass or plastic with a thin metal film. A device of this type, also referred to as a “concentrator”, is described, for example, in WO 02/101838 (in particular on pages 23 and 24).

상대 전극은, 전기 전도성 물질을 금속-도금 또는 증착(물리 증착(PVD), CVD 등)을 전하 전달 층 상에 직접 적용함으로써, 배치될 수 있다. 전도성 지지체의 사용과 유사하게, 금속 납이 상대 전극의 저항을 감소시키는데 사용되는 것이 바람직하다. 금속 납은 특히 바람직하게는 투명한 상대 전극에 사용된다. 상대 전극에 사용된 금속 납의 바람직한 양태는 상기 언급된 전도성 층에 사용된 금속 납의 양태와 동일하다.The counter electrode may be disposed by directly applying an electrically conductive material to the charge transfer layer by metal-plating or vapor deposition (physical vapor deposition (PVD), CVD, etc.). Similar to the use of a conductive support, it is preferred that metallic lead be used to reduce the resistance of the counter electrode. Metallic lead is particularly preferably used for the transparent counter electrode. The preferred aspect of the metallic lead used in the counter electrode is the same as that of the metallic lead used in the above-mentioned conductive layer.

(F) 기타(F) other

하나 이상의 추가 기능성 층, 예컨대 보호 층 및 반사-방지 층은 전도성 층 및/또는 상대 전극 중 어느 하나 또는 둘 다 상에 배치될 수 있다. 기능성 층은 사용되는 물질에 따라 선택되는 방법, 예컨대 코팅 방법, 증착 방법 및 점착 방법에 의해 배치될 수 있다.One or more further functional layers, such as a protective layer and an anti-reflective layer, may be disposed on either or both of the conductive layer and/or the counter electrode. The functional layer may be disposed by a method selected according to the material used, such as a coating method, a vapor deposition method and an adhesion method.

(G) 광전 변환 소자의 내부 구조(G) Internal structure of the photoelectric conversion element

광전 변환 소자는 목적하는 최종 용도에 따라 다양한 내부 구조를 가질 수 있다. 구조는 2개의 주요한 형태로 분류된다: 양면으로부터의 광 입사를 가능하게 하는 구조, 및 단지 하나의 면으로부터의 광 입사를 가능하게 하는 구조. 첫 번째 경우, 감광성 층, 전하 전달 층 및 선택적으로 존재하는 다른 층은 투명한 전기 전도성 층과 투명한 상대 전기 전도성 층 사이에 배치된다. 이러한 구조는 소자의 양면으로부터의 광 입사를 가능하게 한다. 두 번째 경우, 투명한 전기 전도성 층 및 투명한 상대 전기 전도성 층 중 하나는 투명한 반면, 나머지는 투명하지 않다. 당연히, 전기 전도성 층이 투명한 경우, 빛은 전기 전도성 층 측면으로부터 흡수되는 반면, 상대 전기 전도성 층이 투명한 경우, 빛은 상대 전극 측면으로부터 흡수된다.The photoelectric conversion device may have various internal structures depending on the desired end use. Structures are classified into two main types: structures that enable light incidence from both sides, and structures that enable light incidence from only one side. In the first case, the photosensitive layer, the charge transport layer and optionally other layers are disposed between the transparent electrically conductive layer and the transparent counter electrically conductive layer. This structure enables light incident from both sides of the device. In the second case, one of the transparent electrically conductive layer and the transparent counter electrically conductive layer is transparent, while the other is not. Naturally, when the electrically conductive layer is transparent, light is absorbed from the side of the electrically conductive layer, whereas when the counter electrically conductive layer is transparent, light is absorbed from the side of the counter electrode.

바람직하게는, 본 발명의 광전 변환 소자는 광 전지, 더욱 바람직하게는 태양 전지의 부품이다.Preferably, the photoelectric conversion element of the present invention is a component of a photovoltaic cell, more preferably a solar cell.

광 전지는 광전 변환 소자를 외부 회로에 연결시켜 외부 회로에서 전기적으로 작동하거나 전기를 생성하도록 함으로써, 구성된다. 이온 전도성 물질로 구성된 전하 전달 층을 갖는 광 전지는 광-전기화학 전지로 지칭된다. 태양 광을 사용하는 발전을 위한 광 전지는 태양 전지로 지칭된다.A photovoltaic cell is constructed by connecting a photoelectric conversion element to an external circuit to operate electrically or generate electricity in the external circuit. A photovoltaic cell having a charge transport layer composed of an ionically conductive material is referred to as a photo-electrochemical cell. Photovoltaic cells for power generation using sunlight are referred to as solar cells.

따라서, 광 전지는 본 발명의 광전 변환 소자 외부 회로에 연결시켜 외부 회로에서 전기적으로 작동하거나 전기를 생성하도록 함으로써, 구성된다. 바람직하게는, 광 전지는 태양 전지, 즉, 태양 광을 이용하는 발전을 위한 전지이다.Accordingly, the photovoltaic cell is constructed by connecting to an external circuit of the photoelectric conversion element of the present invention to electrically operate or generate electricity in the external circuit. Preferably, the photovoltaic cell is a solar cell, ie a cell for power generation using sunlight.

광 전지의 측면은 바람직하게는 중합체 또는 접착제 등으로 밀봉되어 전지의 내용물의 열화 및 휘발을 방지한다. 외부 회로는 납을 통해 전도성 지지체 및 상대 전극과 연결된다. 다양한 공지된 회로가 본 발명에 사용될 수 있다.The sides of the photovoltaic cell are preferably sealed with a polymer or adhesive or the like to prevent deterioration and volatilization of the contents of the cell. The external circuit is connected with the conductive support and the counter electrode through lead. A variety of known circuits can be used in the present invention.

본 발명의 광전 변환 소자가 태양 전지에 적용되는 경우, 태양 전지의 내부 구조는 본질적으로 상기 언급된 광전 변환 소자의 내부 구조와 동일할 수 있다. 본 발명의 광전 변환 소자를 포함하는 태양 전지는 공지된 모듈 구조를 가질 수 있다. 태양 전지의 일반적으로 공지된 모듈 구조에서, 전지는 금속, 세라믹 등의 기판 상에 위치되고, 코팅 수지, 보호성 유리 등으로 피복되고, 이에 의해 빛이 기판의 반대 측면으로부터 도입된다. 태양 전지 모듈은 전지가 강화 유리와 같은 투명한 물질의 기판 상에 위치되어 투명한 기판 측면으로부터 빛을 도입하는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 무정형 규소 태양 전지 등에 일반적으로 사용되는 슈퍼-스트레이트형(super-straight type) 모듈 구조, 기판형 모듈 구조, 포팅형(potting type) 모듈 구조, 기판-집적형(substrate-integrated type) 모듈 구조는 태양 전지 모듈 구조로 공지되어 있다. 본 발명의 광전 변환 소자를 포함하는 태양 전지는, 예컨대 특정 용도의 개별적인 요구조건에 따라 개조될 수 있는 상기 구조로부터 적절히 선택되는 모듈 구조를 가질 수 있다.When the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell, the internal structure of the solar cell may be essentially the same as the internal structure of the above-mentioned photoelectric conversion element. The solar cell including the photoelectric conversion element of the present invention may have a known module structure. In a generally known module structure of a solar cell, the cell is placed on a substrate of metal, ceramic, or the like, and covered with a coating resin, protective glass, or the like, whereby light is introduced from the opposite side of the substrate. The solar cell module may have a structure in which the cell is positioned on a substrate of a transparent material such as tempered glass to introduce light from the side of the transparent substrate. Specifically, a super-straight type module structure, a substrate type module structure, a potting type module structure, and a substrate-integrated type module generally used in an amorphous silicon solar cell and the like The structure is known as a solar cell module structure. The solar cell comprising the photoelectric conversion element of the present invention may have, for example, a module structure appropriately selected from the above structures that can be adapted according to the individual requirements of a specific application.

본 발명의 태양 전지는 적층형 전지(tandem cell)에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 태양 전지 및 유기 태양 전지를 포함하는 적층형 전지에 관한 것이다.The solar cell of the present invention may be used in a tandem cell. Accordingly, the present invention also relates to a stacked cell comprising the inventive solar cell and organic solar cell.

적층형 전지는 주로 공지되어 있고, 예를 들어, 국제 특허공개 제2009/013282호에 기술되어 있다. 본 발명의 적층형 전지는, 본 발명의 태양 전지가 문헌에 기술된 염료-감작된 태양 전지를 대체하는 것을 제외하고는, 국제 특허공개 제2009/013282호에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.Stacked batteries are mainly known and are described, for example, in International Patent Publication No. 2009/013282. The stacked cell of the present invention can be prepared as described in WO 2009/013282, except that the solar cell of the present invention replaces the dye-sensitized solar cell described in the literature.

본 발명의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 전계 효과 트랜지스터(FET)에 유리하게 적합하다. 이들은, 예를 들어, 집적 회로(IC)의 제조[지금까지는 통상적인 n-채널 MOSFET(금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터)가 사용되었음]에 사용될 수 있다. 이때, 이들은, 예를 들어 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러, 정적 RAM 및 다른 디지털 논리 회로를 위한 CMOS-형 반도체 유닛이다. 반도체 물질의 제조를 위하여, 본 발명의 무정형 물질은 하기 공정 중 하나에 의해 추가로 가공될 수 있다: 프린팅[오프셋, 플렉소그래픽(flexographic), 그라비어, 스크린프린팅, 잉크-젯, 전자사진], 레이저 전달, 포토리쏘그래피, 드롭-캐스팅(drop-casting). 이들은 디스플레이(구체적으로, 대-표면적 및/또는 가요성 디스플레이), RFID 태그, 스마트 라벨 및 센서에 사용하기에 특히 적합하다.The amorphous materials of the present invention or compositions comprising such materials are advantageously suitable for field effect transistors (FETs). They can be used, for example, in the manufacture of integrated circuits (ICs), where conventional n-channel MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) have been used heretofore. Here, these are, for example, CMOS-type semiconductor units for microprocessors, microcontrollers, static RAMs and other digital logic circuits. For the production of semiconductor materials, the amorphous material of the present invention may be further processed by one of the following processes: printing (offset, flexographic, gravure, screenprinting, ink-jet, electrophotography); Laser delivery, photolithography, drop-casting. They are particularly suitable for use in displays (specifically large-surface area and/or flexible displays), RFID tags, smart labels and sensors.

본 발명의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 또한 전계 효과 트랜지스터(FET), 광전 변환 소자, 구체적으로 태양 전지, 및 발광 다이오드(LED)에서의 전자 전도체로서 유리하게 적합하다. 이들은 또한 엑시톤 태양 전지에서 엑시톤 수송 물질로서 특히 유리하다.The amorphous materials of the present invention or compositions comprising such materials are also advantageously suitable as electronic conductors in field effect transistors (FETs), photoelectric conversion devices, in particular solar cells, and light emitting diodes (LEDs). They are also particularly advantageous as exciton transport materials in exciton solar cells.

본 발명은 또한 하나 이상의 게이트 구조, 소스 전극 및 드레인 전극을 갖는 기판, 및 반도체로서 하나 이상의 본 발명에 따른 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함하는 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention also relates to a field effect transistor comprising a substrate having at least one gate structure, a source electrode and a drain electrode, and as semiconductor at least one amorphous material according to the invention or a composition comprising such material.

본 발명은 또한 다수의 전계 효과 트랜지스터(이때, 전계 효과 트랜지스터의 적어도 일부는 하나 이상의 본 발명에 따른 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함함)를 갖는 기판에 관한 것이다.The present invention also relates to a substrate having a plurality of field effect transistors, wherein at least some of the field effect transistors comprise at least one amorphous material according to the present invention or a composition comprising such material.

본 발명은 또한 상부 전극, 하부 전극(이때, 하나 이상의 상기 전극은 투명함), 전자발광 층 및 선택적으로 보조 층을 포함하는 전자발광(EL) 장치를 제공하고, 이때 상기 전자발광 장치는 하나 이상의 본 발명의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물을 포함한다. EL 장치는 전압이 전류의 흐름에 의해 인가될 때 빛을 방출한다는 사실에 의해 특징지어진다. 이러한 장치는 발광 다이오드(LED)로서 산업 및 기술에서 장기간 동안 공지되었다. 양전하(정공) 및 음전하(전자)가 빛의 방출과 조합된다는 사실에 기인하여 빛이 방출된다. 이러한 적용의 의미에서, 용어 "전자발광 장치" 및 "발광 다이오드(LED)"는 동의어로 사용된다. 대체로, EL 장치는 다수의 층으로 구성된다. 하나 이상의 층은 하나 이상의 전하 수송 원소를 함유한다. 층 구조는 원칙적으로 다음과 같다:The invention also provides an electroluminescent (EL) device comprising an upper electrode, a lower electrode, wherein at least one of said electrodes is transparent, an electroluminescent layer and optionally an auxiliary layer, wherein said electroluminescent device comprises at least one amorphous materials of the present invention or compositions comprising such materials. EL devices are characterized by the fact that they emit light when a voltage is applied by a flow of current. Such devices have long been known in industry and technology as light emitting diodes (LEDs). Light is emitted due to the fact that positive charges (holes) and negative charges (electrons) combine with the emission of light. In the sense of this application, the terms "electroluminescent device" and "light emitting diode (LED)" are used synonymously. In general, the EL device is composed of a plurality of layers. At least one layer contains at least one charge transport element. The layer structure is in principle as follows:

1. 담체, 기판;1. carrier, substrate;

2. 베이스 전극(애노드);2. base electrode (anode);

3. 정공-주입 층;3. hole-injection layer;

4. 정공-수송 층;4. hole-transport layer;

5. 발광 층;5. Emissive layer;

6. 전자-수송 층;6. electron-transport layer;

7. 전자-주입 층;7. electron-injection layer;

8. 상부 전극(캐소드);8. top electrode (cathode);

9. 접촉부;9. Contacts;

10. 피복, 캡슐화.10. Covering, encapsulation.

이러한 구조는 가장 일반적인 경우를 나타내고, 개별 층을 생략함으로써 단순화시킬 수 있고, 그 결과 1개의 층이 여러 가지 임무를 수행한다. 가장 간단한 경우, EL 장치는 2개의 전극 사이에 유기 층이 배열되는 2개의 전극으로 이루어지고, 이는 빛의 방출을 비롯한 모든 기능을 만족시킨다. 발광 다이오드의 구조 및 이의 제조 방법은 유기 발광 다이오드(OLED)의 구조 및 제조 방법과 유사하다. 이러한 구조 및 이들의 제조 방법은 주로, 예를 들어 국제 특허공개 제2005/019373호로부터 당업자에게 공지되어 있다. LED의 개별 층에 적합한 물질은, 예를 들어 국제 특허공개 제00/70655호에 개시되어 있다. 이러한 문헌의 개시내용이 본원에서 참고된다. 원칙적으로, 본 발명에 따른 LED는 당업자에게 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 제1 양태에서, LED는 적합한 기판 상으로의 개별 층의 연속적인 증착에 의해 제조된다. 증착을 위하여, 열 증발, 화학 증착 등과 같은 통상적인 기술을 사용하는 것이 가능하다. 다른 양태에서, 층, 구체적으로 본 발명의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 적합한 용매 중 분산액 또는 용액으로부터 코팅될 수 있고, 이를 위해 당업자에게 공지된 코팅 기술이 사용된다.This structure represents the most general case and can be simplified by omitting individual layers, as a result of which one layer performs several tasks. In the simplest case, the EL device consists of two electrodes in which an organic layer is arranged between the two electrodes, which satisfies all functions including emission of light. The structure and manufacturing method of the light emitting diode are similar to the structure and manufacturing method of an organic light emitting diode (OLED). Such structures and methods for their preparation are known to the person skilled in the art mainly from, for example, International Patent Publication No. 2005/019373. Suitable materials for the individual layers of the LED are disclosed, for example, in WO 00/70655. The disclosures of these documents are incorporated herein by reference. In principle, the LED according to the invention can be manufactured by methods known to the person skilled in the art. In a first aspect, an LED is fabricated by successive deposition of individual layers onto a suitable substrate. For the deposition, it is possible to use conventional techniques such as thermal evaporation, chemical vapor deposition and the like. In another embodiment, the layer, in particular the amorphous material of the present invention or a composition comprising such material, may be coated from a dispersion or solution in a suitable solvent, for which coating techniques known to those skilled in the art are used.

본 발명의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 박막 트랜지스터(TFT)에 유리하게 적합하다. 박막 트랜지스터를 제공하기 위하여, 본 발명의 무정형 물질 또는 이러한 물질을 포함하는 조성물은 바람직하게는 하기 공정 중 하나에 의해 더욱 가공된다: 프린팅(오프셋, 플렉소그래픽, 그라비어, 스크린프린팅, 잉크-젯, 전자사진), 레이저 전달, 포토리쏘그래피, 드롭-캐스팅.The amorphous materials of the present invention or compositions comprising such materials are advantageously suitable for thin film transistors (TFTs). To provide a thin film transistor, the amorphous material of the present invention or a composition comprising such material is preferably further processed by one of the following processes: printing (offset, flexographic, gravure, screen printing, ink-jet, electrophotography), laser transmission, photolithography, drop-casting.

본 발명의 무정형 물질은 또한 발광 다이오드(LED)에서, 구체적으로 발광 다이오드의 반도전성 층으로서 또는 발광 다이오드의 반도전성 층 내에서 유리하게 적합하다. 본 발명의 무정형 물질은 또한 발광 다이오드의 인광체 물질로서 또는 발광 다이오드의 인광체 물질 내에서 특히 적합하다.The amorphous material of the invention is also advantageously suitable in light-emitting diodes (LEDs), in particular as semiconducting layers of light-emitting diodes or in semiconducting layers of light-emitting diodes. The amorphous materials of the present invention are also particularly suitable as phosphor materials of light-emitting diodes or in phosphor materials of light-emitting diodes.

본 발명의 무정형 물질은 전하 수송 물질로서 특히 적합하다. 구체적으로, 본 발명의 무정형 물질은 배터리 내의 전하 수송 물질로서 적합하다. 본 발명의 무정형 물질은 충전 배터리(축전지) 내의 전하 수송 물질로서 특히 적합하다.The amorphous materials of the present invention are particularly suitable as charge transport materials. Specifically, the amorphous material of the present invention is suitable as a charge transport material in a battery. The amorphous materials of the present invention are particularly suitable as charge transport materials in rechargeable batteries (accumulators).

본 발명은 하기 비제한적인 실시예를 참고하여 상세히 설명된다.The invention is illustrated in detail with reference to the following non-limiting examples.

실시예Example

추출물 및 생성물 혼합물 내의 결정질 화합물을 Cu-Ka 방사선(1.54178 Å)을 사용하여 25℃에서 기록된 X-선 분말 회절법에 의해 확인하였다.Crystalline compounds in the extract and product mixtures were identified by X-ray powder diffraction, recorded at 25° C. using Cu-Ka radiation (1.54178 Å).

추출물 및 생성물 혼합물의 용융 거동을 알루미늄 도가니 내에서 20 K/분의 가열 속도로 질소 대기 하에 시차 주사 열량계(DSC)로 측정하였다.The melting behavior of the extract and product mixture was determined by differential scanning calorimetry (DSC) in an aluminum crucible under a nitrogen atmosphere at a heating rate of 20 K/min.

100 mL 반응 용기에서, 3 g CH3NH3I, 0.546 g CH3NH3Cl 및 1.499 g PbCl2(몰 비: 3.5 : 1.5 : 1)를 질소 대기 하에 140℃의 온도까지 가열하였다(가열 속도: 20 ℃/분). 이어서, 반응 혼합물이 상온(20℃)까지 냉각되도록 하였다. 온도 의존적 XRD 측정을 수행하였다. 도 1은 가열 전에 상온(20℃)에서의 추출물 혼합물의 XRD를 도시한다. 140℃에서, 고체 함량이 없는 투명한 황색 용융물을 수득하였다. 도 2는 용융물을 나타내는, 어떠한 반사도 보이지 않는 140℃에서의 반응 혼합물의 XRD를 도시한다.In a 100 mL reaction vessel, 3 g CH 3 NH 3 I, 0.546 g CH 3 NH 3 Cl and 1.499 g PbCl 2 (molar ratio: 3.5 : 1.5 : 1) were heated to a temperature of 140° C. under a nitrogen atmosphere (heating rate). : 20 °C/min). The reaction mixture was then allowed to cool to room temperature (20° C.). Temperature dependent XRD measurements were performed. 1 shows the XRD of an extract mixture at room temperature (20° C.) before heating. At 140° C., a clear yellow melt with no solids content was obtained. 2 shows the XRD of the reaction mixture at 140° C. showing no reflection, indicative of the melt.

수득된 생성물을 DSC 및 XRD 측정에 의해 분석하였다. 놀랍게도, 생성물은 약 100℃의 낮은 융점을 나타냈다(유출물의 융점: CH3NH3I = 240℃, CH3NH3Cl = 230℃, PbCl2 = 500℃). 이러한 낮은 융점은 주요 생성물이 원소 분석에 따라 조성 5(CH3NH3) : 1Pb : 3.5I : 3.5Cl을 갖는 무정형 물질이라는 관찰과 일치한다. 반응 중에 어떠한 질량 손실도 관찰되지 않았다. 도 3은 열적 거동을 확인하고 또한 어떠한 질량 손실도 나타내지 않는 DSC 측정을 도시한다. 무정형 물질은 불활성 대기 하에 안정하다.The obtained product was analyzed by DSC and XRD measurements. Surprisingly, the product had a low melting point of about 100° C. (melting point of the effluent: CH 3 NH 3 I = 240° C., CH 3 NH 3 Cl = 230° C., PbCl 2 =500° C.). This low melting point is consistent with the observation that the main product is an amorphous material with composition 5 (CH 3 NH 3 ): 1Pb: 3.5I: 3.5Cl according to elemental analysis. No mass loss was observed during the reaction. 3 shows the DSC measurements confirming the thermal behavior and also showing no mass loss. Amorphous materials are stable under an inert atmosphere.

고체 상태 합성 이외에, 또한 무정형 화합물에 적합한 용매인 다이메틸폼아미드(또는 다른 극성 유기 용매) 중에서 추출물 또는 무정형 화합물을 제조하는 것이 가능하다. 반응 혼합물을 60℃까지 가열하고, 1시간 동안 환류 하에 유지하였다. 용매의 증발 후, 거동은 고체 상태 합성과 유사하였고, 즉, 약 100℃의 낮은 융점을 갖는 무정형 상이 존재하였다.In addition to solid state synthesis, it is also possible to prepare extracts or amorphous compounds in dimethylformamide (or other polar organic solvents), which is a suitable solvent for amorphous compounds. The reaction mixture was heated to 60° C. and kept at reflux for 1 hour. After evaporation of the solvent, the behavior was similar to the solid state synthesis, ie there was an amorphous phase with a low melting point of about 100 °C.

Pb를 Sn으로 치환함으로써, 유사한 거동이 관찰되었다. 120℃까지 가열한 후에 동일한 몰 비(5 : 1 : 3.5 : 3.5, CH3NH3 : Sn : I : Cl)를 사용하여, 낮은 융점을 갖는 무정형 물질을 수득하였다. 이러한 혼합물의 융점을 DSC 측정을 통해 검출하였다. 혼합물은 70℃ 초과에서 용융하기 시작하였고, 또한, 어떠한 질량 손실도 관찰되지 않았다.By substituting Sn for Pb, a similar behavior was observed. After heating to 120° C., an amorphous material having a low melting point was obtained using the same molar ratio (5: 1: 3.5: 3.5, CH 3 NH 3 : Sn: I: Cl). The melting point of this mixture was detected by DSC measurement. The mixture started to melt above 70° C., and also no mass loss was observed.

Claims (25)

하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질:
화학식 I
(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b
상기 식에서,
R1은 메틸 또는 에틸이고;
R2는 모두 수소이고;
Me는 Pb 또는 Sn이고;
X1 및 X2는 상이한 의미를 갖고, 서로 독립적으로 F, Cl, Br 및 I로부터 선택되고;
a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 7이고, a 및 b의 합은 7이다.
Amorphous material of the composition of formula (I):
Formula I
(R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b
In the above formula,
R 1 is methyl or ethyl;
R 2 are all hydrogen;
Me is Pb or Sn;
X 1 and X 2 have different meanings and are each independently selected from F, Cl, Br and I;
a and b are each independently 0 to 7, and the sum of a and b is 7.
제1항에 있어서,
R1이 메틸인, 무정형 물질.
According to claim 1,
and R 1 is methyl.
제1항에 있어서,
X1이 I이고, X2가 Cl인, 무정형 물질.
According to claim 1,
X 1 is I and X 2 is Cl.
제1항에 있어서,
a 및 b가 둘다 3.5인, 무정형 물질.
According to claim 1,
wherein a and b are both 3.5.
(CH3NH3)5PbI3.5Cl3.5 또는 (CH3NH3)5SnI3.5Cl3.5의 조성의 무정형 물질.(CH 3 NH 3 ) 5 PbI 3.5 Cl 3.5 or (CH 3 NH 3 ) 5 SnI 3.5 Cl 3.5 Amorphous material. 제1항에 따른 하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질을 포함하는 조성물:
화학식 I
(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b
상기 식에서,
R1, R2, Me, X1, X2, a 및 b는 제1항에 정의된 바와 같다.
A composition comprising an amorphous material of the composition of formula (I) according to claim 1 :
Formula I
(R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b
In the above formula,
R 1 , R 2 , Me, X 1 , X 2 , a and b are as defined in claim 1 .
하기 화학식 1의 화합물, 하기 화학식 2의 화합물 및 하기 화학식 3의 화합물을 60 내지 250℃의 온도에서 용융물 중에서 또는 20 내지 200℃의 온도에서 용매의 존재 하에 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 I의 조성의 무정형 물질의 제조 방법:
화학식 1
(R1NR2 3)X1
화학식 2
(R1NR2 3)X2
화학식 3
MeX2 2
화학식 I
(R1NR2 3)5MeX1 aX2 b
상기 식에서,
R1은 메틸 또는 에틸이고;
R2는 모두 수소이고;
Me는 Pb 또는 Sn이고;
X1 및 X2는 상이한 의미를 갖고, 서로 독립적으로 F, Cl, Br 및 I로부터 선택되고;
a 및 b는 서로 독립적으로 0 내지 7이고, a 및 b의 합은 7이다.
A compound of formula I, which comprises reacting a compound of formula 1 A method for preparing an amorphous material of the composition:
Formula 1
(R 1 NR 2 3 )X 1
Formula 2
(R 1 NR 2 3 )X 2
Formula 3
MeX 2 2
Formula I
(R 1 NR 2 3 ) 5 MeX 1 a X 2 b
In the above formula,
R 1 is methyl or ethyl;
R 2 are all hydrogen;
Me is Pb or Sn;
X 1 and X 2 have different meanings and are each independently selected from F, Cl, Br and I;
a and b are each independently 0 to 7, and the sum of a and b is 7.
제7항에 있어서,
성분을 5(R1NR2 3) : 1Me : aX1 : bX2의 조성인 원소의 화학량론적 양에 상응하는 비로 혼합하는 제조 방법.
8. The method of claim 7,
A process for preparing a method in which the components are mixed in a ratio corresponding to the stoichiometric amounts of the elements of the composition 5(R 1 NR 2 3 ) : 1Me : aX 1 : bX 2 .
제7항에 있어서,
(R1NR2 3)X1 : (R1NR2 3)X2 : MeX2 2의 몰 비가 3.5 : 1.5 : 1인, 제조 방법.
8. The method of claim 7,
(R 1 NR 2 3 )X 1 : (R 1 NR 2 3 )X 2 : MeX 2 2 molar ratio of 3.5 : 1.5 : 1.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
(CH3NH3)I, (CH3NH3)Cl 및 PbCl2를 반응시키는 단계를 포함하는, (CH3NH3)5PbI3.5Cl3.5의 조성의 무정형 물질을 제조하기 위한 제조 방법.
10. The method according to any one of claims 7 to 9,
A method for preparing an amorphous material having the composition of (CH 3 NH 3 ) 5 PbI 3.5 Cl 3.5 , comprising reacting (CH 3 NH 3 )I, (CH 3 NH 3 )Cl and PbCl 2 .
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
(CH3NH3)I, (CH3NH3)Cl 및 SnCl2를 반응시키는 단계를 포함하는, (CH3NH3)5SnI3.5Cl3.5의 조성의 무정형 물질을 제조하기 위한 제조 방법.
10. The method according to any one of claims 7 to 9,
A method for preparing an amorphous material having a composition of (CH 3 NH 3 ) 5 SnI 3.5 Cl 3.5 , comprising reacting (CH 3 NH 3 )I, (CH 3 NH 3 )Cl and SnCl 2 .
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 무정형 물질 또는 제6항에 따른 조성물을 포함하는 광전 변환 소자.A photoelectric conversion device comprising at least one amorphous material according to any one of claims 1 to 5 or a composition according to claim 6 . 제12항에 있어서,
작업 전극(애노드)의 일부이거나 작업 전극(애노드)을 형성하는 전기 전도성 층;
흡수제 물질을 포함하고 선택적으로 반도전성 금속 산화물 또는 절연 물질을 포함하는 감광성 층;
전하 전달 층; 및
상대 전극(캐소드)의 일부이거나 상대 전극(캐소드)을 형성하는 전기 전도성 층
을 포함하되, 상기 감광성 층 및/또는 상기 전하 전달 층이 상기 하나 이상의 무정형 물질 또는 상기 조성물을 포함하는 광전 변환 소자.
13. The method of claim 12,
an electrically conductive layer that is part of or forms the working electrode (anode);
a photosensitive layer comprising an absorber material and optionally comprising a semiconducting metal oxide or insulating material;
charge transfer layer; and
An electrically conductive layer that is part of the counter electrode (cathode) or forms the counter electrode (cathode)
A photoelectric conversion device comprising: said photosensitive layer and/or said charge transport layer comprising said at least one amorphous material or said composition.
제13항에 있어서,
감광성 층이 흡수제 물질로서 상기 하나 이상의 무정형 물질 또는 상기 조성물을 포함하는, 광전 변환 소자.
14. The method of claim 13,
A photoelectric conversion device, wherein the photosensitive layer comprises the at least one amorphous material or the composition as an absorber material.
제13항에 있어서,
감광성 층이 흡수제 물질로서 하나 이상의 페로브스카이트 물질을 포함하는, 광전 변환 소자.
14. The method of claim 13,
A photoelectric conversion device, wherein the photosensitive layer comprises at least one perovskite material as an absorber material.
제13항에 있어서,
전하 전달 층과 캐소드 사이에 정공-전도성 층을 추가로 포함하는 광전 변환 소자.
14. The method of claim 13,
A photoelectric conversion device further comprising a hole-conducting layer between the charge transport layer and the cathode.
제12항에 따른 광전 변환 소자를 포함하는 태양 전지.A solar cell comprising the photoelectric conversion element according to claim 12 . 하나 이상의 게이트 구조, 소스 전극 및 드레인 전극을 갖는 기판, 및 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 무정형 물질 또는 제6항에 따른 조성물을 포함하는 전계 효과 트랜지스터(FET).A field effect transistor (FET) comprising a substrate having at least one gate structure, a source electrode and a drain electrode, and at least one amorphous material according to any one of claims 1 to 5 or a composition according to claim 6 . 전계 효과 트랜지스터의 적어도 일부가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 무정형 물질 또는 제6항에 따른 조성물을 포함하는, 다수의 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 기판.A substrate comprising a plurality of field effect transistors, wherein at least a portion of the field effect transistors comprise at least one amorphous material according to claim 1 or a composition according to claim 6 . 상부 전극, 하부 전극, 전자발광 층 및 선택적으로 보조 층을 포함하고, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 무정형 물질 또는 제6항에 따른 조성물을 포함하되, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 하나 이상이 투명한, 전자발광 장치.A top electrode, a bottom electrode, an electroluminescent layer and optionally an auxiliary layer, comprising at least one amorphous material according to any one of claims 1 to 5 or a composition according to claim 6, wherein the top electrode and at least one of the lower electrodes is transparent. 제20항에 있어서,
발광 다이오드(LED)의 형태인 전자발광 장치.
21. The method of claim 20,
An electroluminescent device in the form of a light emitting diode (LED).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
박막 트랜지스터(TFT)의 반도전성 층, 발광 다이오드(LED)의 반도전성 층, LED의 인광체 물질, 또는 배터리 또는 충전 배터리의 전하 수송 물질에 사용하기 위한 무정형 물질.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Amorphous materials for use in semiconducting layers in thin film transistors (TFTs), semiconducting layers in light emitting diodes (LEDs), phosphor materials in LEDs, or charge transport materials in batteries or rechargeable batteries.
제6항에 있어서,
박막 트랜지스터(TFT)의 반도전성 층, 발광 다이오드(LED)의 반도전성 층, LED의 인광체 물질, 또는 배터리 또는 충전 배터리의 전하 수송 물질에 사용하기 위한 조성물.
7. The method of claim 6,
A composition for use in a semiconducting layer of a thin film transistor (TFT), a semiconducting layer of a light emitting diode (LED), a phosphor material of an LED, or a charge transport material of a battery or rechargeable battery.
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